目前网壳结构动力失效准则多以工程经验为主,判断不同类型网壳的动力失效荷载需要用不同的失效荷载计算公式,且对于弦支穹顶结构或多层网壳结构等没有与之对应的动力失效准则;此外,目前研究中,网壳结构数值模拟缺少实验验证,即需要精细化模型的动力实验分析。这是两个重要且亟待解决的问题,直接关系到网壳结构的发展。然而,对这两个问题研究进展缓慢,原因之一是传统的机理性分析方法应对这两个问题存在瓶颈,应考虑经验性与机理性分析方法的联合应用,探索未知的规律性,进而寻求解决这两个问题的方法。因此,本文在结构受力状态等新概念导引下,开展了基于能量的网壳结构地震响应分析方法研究,并对有限元计算程序和本文所揭示的结构反应的特征点进行了实验验证。为了考察网壳结构在地震荷载作用下的响应特征、验证本文编制的有限元程序的正确性及本文提出失效准则的有效性,设计并制作了两个跨度为0.5m、矢跨比为1/3的胶结装配式K6型网壳模型,进行了振动台实验。实验中对表征网壳模型动力特性的主要参数,通过敲击试验分析,得到了结构阻尼比和前五阶自振频率;在网壳模型地震响应实验过程中,对网壳模型输入频率9.6Hz不同幅值的简谐荷载,测得杆件应变和典型节点位移值。进而,该模型的动力响应与相应有限元模拟结果进行了对比,验证了有限元程序的可靠性。为展示网壳结构在动力荷载作用下的失效情况及现有分析方法的优缺点,本文在有限元程序得到K6网壳模型振动台实验验证之后,建立了三类典型构造的大跨度网壳结构(单层球面网壳、单层柱面网壳和弦支穹顶结构)有限元模型,对上述网壳模型进行不同动力荷载作用下的全荷载域动力时程分析。分析内容包括:(1)TAFT地震波作用下各类网壳结构的塑性发展深度和结构变形、是否为动力强度破坏还是失稳破坏;同样,考察了简谐荷载作用下各类网壳的失效由动力失稳引起,还是动力强度破坏导致。(2)对于动力强度破坏,是否能从最大节点位移与加速度峰值间的关系曲线上找到判断结构失效的方法。(3)能否有简便的方法分析网壳结构动力响应,因为现有的网壳全荷载域动力时程分析方法计算过程复杂、后处理非常耗时。为合理地选择判断结构失效准则的参数,本文从机理性分析方法计算的应变能密度出发,采用经验性分析方法对计算数据进行分析,探索结构的反应特征。首先,对单集中质量体系和超静定结构体系分别输入TAFT波和简谐波,应用有限元程序进行全荷载域动力时程分析、提取变形能和动能,计算总输入能量及阻尼耗能并绘制五种能量关系曲线。然后,通过这些关系曲线,观察各种形式地震动荷载下,结构失效时该结构体系的总应变能的变化趋势性和敏感性;在此基础上,提出了基于应变能密度的结构受力状态、工作状态和失效状态的概念和描述,考察了以节点位移、单元应力、单元指数应变能密度所描述的结构受力状态模式,随加速度峰值变化的情况,确认与结构整体受力状态相对应的特征参数,以及结构工作状态和失效状态的区别。最后,以跨度为40米,矢跨比为1/7的K8型网壳(D40207)为例,输入水平向频率为5Hz简谐荷载和TAFT波,进行了不同类型单元间的受力状态分析,考察了网壳结构内部单元间应变能的调节性,以及网壳结构稳定的整体工作状态。此外,还考察了水平向简谐荷载和三向TAFT波作用下单层网壳的薄弱位置。以上研究结果,初步显现了结构动力响应的特征,为更清晰地展示这种特征,本文进行了结构指数应变能密度(ESED)推导,考察了结构指数应变能密度和值Id与地面运动加速度峰值A的关系曲线,揭示了普遍存在的、可以区分结构工作状态和失效状态的特征界点。进而,基于这样的特征点,建立了结构失效判断准则,并通过不同地震荷载作用下、不同构造网壳的失效算例验证了新准则的有效性。其次,将实验过程中所采集的动应变处理成指数应变能密度并绘制Id-A曲线,以实验数据验证结构失效时该曲线上存在的特征点,进一步验证基于指数应变能密度的结构失效判断准则的正确性。最后,对新的网壳结构失效准则进行讨论,如失效与失稳和倒塌的区别、结构几何非线性对失效的影响、构造与承载力的关系及失效准则的统一性等,并与现有的失效准则进行了对比分析。为了提高网壳结构失效模式与失效荷载的分析效率,本文尝试建立预测单层网壳失效模式和失效荷载的线性细胞自动机(LCA)方法。首先,提出了“节点域”、“节点状态值”、“基础网壳”和“目标网壳”等概念。之后,阐述LCA模型的时间和空间特性。在建立LCA方法的过程中,尝试了新的网壳结构节点/细胞元状态值计算方法—数字型数值算法。在寻找相似节点域过程中,提出了适用于单层网壳结构的匹配准则。最后,以数值模拟结果验证了LCA方法的有效性。