轮辐式索桁架结构是预应力钢结构体系的一种,其构成机理类似于自行车的车轮:由一个受压外环刚性的结构,通过径向辐射状拉索,连接到受拉的内环上。由于对拉索预先施加拉力与外环结构的压力平衡来共同形成结构刚度,整个结构属于自平衡受力体系,对主体结构只竖向传力无弯矩作用。其造型轻盈、受力效率高、空间跨度大、自重轻、用钢量少等特点,在国内外体育场等大型公共建筑应用极其广泛。本文以某圆形轮辐式索桁架屋盖结构为研究对象,针对结构静力性能、动力性能、施工前预拼装技术、施工成形方法和结构抗冲击性能等进行了系统研究,并结合模型试验,对理论分析进行了验证。主要包括以下几点:(1)对预应力钢结构具有拉索等柔性构件的特殊性,对拉索索头与环梁的耳板进行数字模拟预拼装研究。基于BIM技术进行结构设计,建立结构成型态三维理论模型;利用三维激光扫描技术对自然状态拉索扫描,得到拉索实测模型;针对柔性拉索的几何非线性程度高,成型后具有预应力的特点,提出了对柔性拉索的数字模型的修正方法;选取构件的特征拟合点,通过坐标转换进行数字模拟预拼装;并将错边结果辅以有限元修正,误差引起的索力变化在5%以内;最后以1:10的轮辐式索桁架结构缩尺模型进行实际张拉成型试验,对比分析数字模拟预拼装结果与试验的结果。(2)对轮辐式索桁架屋盖结构的静动力性能进行研究。利用ANSYS采用非线性有限元分析方法,研究了结构荷载(满跨荷载及半跨荷载)、初始预应力、矢高、内外环直径比等参数变化对结构动力性能的影响和变化规律;采用正弦激振法对结构进行模态试验研究,得到前四阶固有频率及其对应振型。(3)基于分步提升整体张拉的思想,对轮辐式索桁架先张拉上径向索、张拉环向索和顶升内撑杆三种施工张拉方法进行研究。对三种施工张拉方法进行施工仿真分析,研究张拉张拉过程中的力学性能特点和发展历程。试验以1:10的结构缩尺模型,采用先张拉上径向索方法、张拉环向索方法、顶升内撑杆方法对试验模型进行张拉。将张拉试验中结果与理论结果进行对比分析,最后得出适合轮辐式索桁架结构的施工张拉方案,所得结论对此类预应力钢结构施工方法具有实际借鉴意义。(4)对轮辐式索桁架模型进行落锤撞击实验,研究在不同冲击荷载作用下的结构成形态的抗冲击力学性能。利用动态数据采集仪和索力传感器,获取了落锤撞击过程中各径向索力、环向索力时程曲线和节点位移时程曲线。通过Ls-dyna软件进行数值模拟,探讨了不同冲击点对结构的冲击响应。初步结果表明:与刚性结构不同,结构受冲击的反应时间较长达80ms左右,结构受冲击响应时间达1000ms左右;冲击作用对下层索系的影响较大;落锤冲击后各拉索索力损失不足1%,竖向位移约7mm,属于弹性的轻微损伤。