索杆张力结构是一种由拉索和压杆构成的具有自平衡预应力的现代空间结构体系。大跨度葵花型空间索桁张力结构作为一种全新的索杆张力结构类型,源于对近期出现的肋环型索桁张力结构的分析研究,试图通过改变索杆构件的拓扑构成关系,进而克服肋环型索桁张力结构特有的力学缺陷。本文首先对索杆张力结构普遍性的形态分析、优化设计等重要问题进行了深入的研究,在此基础上,针对葵花型空间索桁张力结构几何拓扑复杂、多自应力模态与机构位移模态的特点,对该类结构体系首次开展了较为全面、系统的理论计算分析,并对其进行了模型实验研究。 首先,本文在查阅大量国内外相关文献的基础上,较为详实地叙述了索杆张力结构的发展过程与研究现状,指出了结构形式的发展演变方向及其进一步的研究方向与内容,提出了本文的主要研究工作。 在平衡矩阵理论与能量判定准则的基础上,阐述了索杆张力体系几何稳定性判定的新方法——切线刚度法,并与传统的几何力法进行了对比。推导了铰接杆系结构切线刚度矩阵较为简便的计算生成过程,便于在编程中实现。通过编制结构几何稳定性判定的计算程序,对多种类型结构的几何稳定性问题进行了研究,表明了应用切线刚度法进行体系几何稳定性分析的有效性。 对多个整体自应力模态的索杆张力结构可行预应力分布求解中最复杂的情况进行深入的研究,提出了一种普遍意义上的结构可行预应力分布优化求解方法——目标选择优化法;在此基础上,编制了索杆张力结构可行预应力分布优化求解的计算程序,使得多自应力模态索杆张力结构体系的可行预应力分布规律得以便捷而有效的求解。在上述工作的基础上,对索杆张力结构可行预应力分布的计算方法作了较为全面的分类阐述。 针对结构的预应力与构件截面两种不同性质设计变量相互影响与制约的特点,提出了分阶段的关联优化设计方法,研究了索杆张力结构构件截面与预应力相互关联的优化问题,并通过编制相应的优化计算程序加以实现。通过拓扑形式复杂的结构算例的优化设计过程,对上述优化设计方法的有效性进行了全面的检验。 考虑葵花型空间索桁张力结构拓扑形式的多样性特点,应用上述的方法,对该类新型结构形式的几何稳定性、可行预应力分布及其截面与预应力优化等关键性问题分类加以研究,得到相关的结论,并为进一步的结构力学性能分析提供了条件。 考虑结构的几何非线性特征,选取多种形式的结构算例,对不同预应力水平与荷载工况作用下葵花型空间索桁张力结构的静力性能进行了计算分析,对结构的一些重要参数如预应力水平、拓扑形式、各圈压杆变化规律及其变化范围等进行了较