单层网壳结构在空间中三维受力,具有刚度大、自重轻、造型美观等优点,广泛应用于人流密集的大型公共建筑中。这类结构遭遇地震作用时一旦发生倒塌,将会造成重大的人员伤亡。研究单层网壳的动力稳定时,初始缺陷的影响不可忽略。本文以单层网壳结构为研究对象,利用有限元软件OpenSEES,采用增量动力分析(IDA)方法,研究了强震作用下初始缺陷对单层网壳极限荷载的影响,通过地震模拟振动台试验研究了单层柱面网壳结构在强震作用下的倒塌过程,并对倒塌试验进行了有限元分析。主要研究内容及成果如下:(1)建立跨度15m、不同长宽比的四边支承单层柱面网壳有限元模型,研究了强震下初始缺陷对其极限荷载和破坏模式的影响。结果表明:与理想柱壳相比,考虑整体缺陷后,长宽比为1.0、1.4、2.0的柱壳极限荷载分别降低了23%、29%和37%;在此基础上考虑杆件缺陷后结构的极限荷载继续降低,降低比例均在10%以内。初始缺陷使结构的塑性发展程度降低,对于跨度较小的四边支承单层柱面网壳,考虑初始缺陷前后结构的破坏模式没有改变。(2)建立跨度80m、不同矢跨比的K6型单层球面网壳有限元模型,研究了强震下初始缺陷对其极限荷载和破坏模式的影响。结果表明:考虑整体缺陷后,矢跨比为1/3、1/5、1/7的球面网壳极限荷载分别降低了25%、30%、46%;在此基础上考虑杆件缺陷后结构的极限荷载继续降低,降低比例均在20%以内。对于矢跨比较小的球壳,考虑初始缺陷后在强震作用下结构可能由动力强度破坏变为失稳破坏。(3)对相似关系为1:6的两纵边支承单层柱面网壳缩尺模型进行了振动台试验,研究了结构在强震作用下的倒塌过程。结果表明:柱面网壳模型最不利位置位于横边跨中处;随着地震动的增强,结构的塑性区域不断开展,在加速度峰值达到1.4g时两横边位置出现大变形,加速度峰值为1.8g时结构整体倒塌,倒塌横断面为“M”形,结构破坏前塑性发展比较充分,发生动力强度破坏。(4)利用OpenSEES程序对单层柱面网壳模型的倒塌过程进行了模拟。结果表明:结构自振频率和弹性阶段位移的模拟结果与实测值吻合较好,模拟的模型强震下的极限承载力为1.8g,与试验结果一致,塑性区域的发展过程与试验结果基本一致,验证了分析方法和有限元模型的有效性。