本文主要针对预张力偏差引起的索杆张力结构安全问题,围绕两个解决思路展开探讨:1、利用基于环境激励的动力测试技术识别关键构件的预张力偏差。2、利用形状记忆合金(SMA)的弱化机制及超弹性自回复能力对张力结构进行改造,使其具备对罕遇荷载工况及预张力偏差共同作用的自适应能力。主要工作包括以下几个方面:1)基于索杆张力结构整体刚度组成的解析,根据结构对几何刚度依赖程度的不同,将张力结构分为三类。提出五类准则丰富了最不利的预张力偏差的数学模型。结合预张力分布、自振模态和稳定性的敏感度分析,探讨了预张力偏差对不同类型张力结构力学性能的影响;证实了最不利情况下的预张力偏差会加剧“张力敏感结构”荷载态下的稳定问题,以及“稳固结构”和部分“张力敏感结构”的强度问题。2)针对大跨度张力结构模态密集和激励困难等特点,提出将基于环境激励响应的工作模态分析(OMA)技术应用于索杆结构的几何刚度识别。以索力检测为目的,提出了考虑几何刚度贡献的测点布置优化方法;结合子结构分析方法提出了索杆内力的局部识别技术,为工程实测中测点数不足的关键问题提供了解决途径。结合工程实际探讨了环境激励下对大跨度结构进行整体测振和模态识别的物理层实现和现存问题。3)在一1:10的新型索穹顶结构缩尺模型上模拟了随机激励下的模态测试。通过分组测试法,在测点数有限的条件下,获得了复杂张力结构比较完备的模态信息。和传统实验模态分析(EMA)结果进行对比,检验了不同OMA方法识别大跨度张力结构模态信息的有效性和精确度。同时探讨了理论模型和试验模型之间的差异及其在模态信息上的反映。修正了结构损伤识别的模态应变能法,用于识别张力结构因局部预张力损失引起的刚度变化,实现了对松弛索的定位。4)将构件预张力作为待定物理参数,在采用数据驱动的迭代更新技术基础上提出了新的索杆内力识别方法(模型修正法),并根据索力连续性条件消除了多重解的问题。此法绕开了密频模态识别及跳跃模态匹配的困难,为张力结构的内力在线识别打下理论基础。5)介绍了镍钛基SMA的宏观力学性能和微观机理,考虑材料疲劳效应和速率效应,提出满足工程要求的简化多线形SMA滞回模型,并用SMA钢丝束试件的往复拉伸试验数据进行标定。该模型还具备模拟拉压式阻尼器等一维复合构件力学行为的能力。6)利用向量式有限元对缺陷张力结构进行强台风和灾雪工况的全过程模拟,比较SMA改造前后结构的力学性能。通过参数分析,考察了不同索长误差、不同SMA长度、是否考虑SMA疲劳及速率效应对结构响应的影响,提出了 SMA构件的设计方法。分析结果显示,合理设计改造后的结构在预张力偏差和罕遇荷载共同作用下可通过自身的调节,将应力水平维持在安全范围,同时结构刚度和稳定性没有被明显削弱,实现了自适应和荷载缓和的设计理念。