本文提出了一种新型的肋环人字型索穹顶结构,突破了现有索穹顶结构基于传统张拉整体理论的构形方式,用一组对称相交的人字形撑杆替代单根竖向撑杆,使得撑杆的水平投影构成一组环线。这种结构构形使结构的抗侧刚度和在不对称复杂荷载作用下的稳定性显著增强。且结构形成的环向折线形屋面在铺设膜材时,不需再设置稳定谷索,这不仅简化了施工,同时也丰富了索穹顶屋盖结构的外形。针对这种新型索穹顶结构,本文分别从理论和试验两个方面,对其静动力特性进行了系统的研究。在运用向量式有限元方法的基础上,对索穹顶结构优化分析、张拉成形全过程分析和索杆失效分析等方面的理论和计算方法进行了发展和改进。第1章介绍了空间结构的分类、形式及其发展历程。对索穹顶结构的起源,结构特性,分析理论发展状况和实际工程应用情况进行了总结。系统阐述了本文的研究背景,明确了论文的研究目标和研究内容。第2章分别采用节点平衡方程和平衡矩阵理论,对肋环人字型索穹顶结构的整体可行预应力模态进行了计算,确定了结构的整体可行预应力模态计算方法。并就结构不同几何参数变化情况下,其整体可行预应力模态的变化情况进行了计算分析。第3章对比和分析了肋环人字型索穹顶结构与Geiger型、Levy型索穹顶结构,在均布满跨荷载、均布半跨荷载和均布水平荷载分别作用下的结构静力受力性能。对肋环人字型索穹顶结构的自振频率、振型,以及不同几何、受力状态参数对结构自振频率、振型的影响进行了计算分析。最后,对结构在地震荷载作用下的动力响应进行了计算。第4章对索穹顶结构的优化设计进行了研究,采用小生境遗传算法与向量式有限元方法相结合的优化算法,对索穹顶结构进行了以质量最小、刚度最大和支座水平反力最小为三个目标函数,以预应力水平为单优化变量和以预应力水平与结构几何参数相结合为多优化变量的不同目标函数加权系数下的优化分析计算。并通过分析优化计算的结果,总结了各优化变量对于目标函数及适应度值的影响规律。第5章对索穹顶结构局部索杆破断失效致结构的静动力响应进行了计算分析。首先分析了随着荷载增大,内圈脊索松弛对结构受力性能的影响；然后研究了单个索杆破断后结构的动力响应及结构最终位形和受力状态,并以此对结构索杆的重要性进行了划分；之后研究了考虑材料非线性情况下,单根索杆致三种索穹顶结构的连续破断现象,对比了三种结构的动力响应和破坏模式；最后分析对比了不同计算参数及结构状态参数变化情况下,局部破坏造成的结构动力响应。第6章对肋环人字型索穹顶结构的张拉成形全过程进行了模拟分析。提出完全零状态建模方法,首先分析了四种不同张拉方案的结构成形过程中内力和节点位移变化情况,并对不同张拉方案的特点进行了总结；之后根据提出的驱动索单元法,分析计算了考虑环索滑移情况下,结构分步分批张拉时各索杆内力和节点位移变化,以及环索滑移对结构最终成形状态的影响。第7章设计了一1Om跨度的肋环人字型索穹顶结构的试验模型,分别进行了结构在不同张拉方案下的张拉成形全过程模拟试验,全跨、半跨荷载作用下的静力加载试验和单索失效后结构静力响应试验。对试验实测值和理论计算值进行了对比,分析了误差产生的原因,论证了计算方法的正确性和肋环人字型索穹顶结构的可行性。第8章对本文的研究工作进行了总结,指出了研究工作中的不足,提出今后进一步的研究方向。