索穹顶结构受力合理,适用于大跨度建筑屋盖设计。然而目前国内针对索穹顶实际结构的健康监测受工程数量的限制仅有几例;模型试验中对动力性能和构件破断的研究相对较少;构件安全评级方式单一,尚未形成体系。本文对天津理工大学索穹顶进行健康监测,并在缩尺模型上进行断索(杆)试验及有限元模拟,重点研究了大跨度索穹顶正常服役期间外界环境变化规律和结构状态变化规律、索穹顶结构构件破断效应、不同类构件的安全评级方法,为索穹顶结构的设计、监测提供一定的参考和依据。在天津理工大学索穹顶结构健康监测方面,给出了撑杆应力、拉索索力、环境温度、屋面风环境及结构振动五方面情况并进行有限元分析。得出全年气温在8-36℃,温度场均匀一致;撑杆应力、拉索索力受温度影响大且存在反相关关系;每升温10℃,撑杆应力变化范围为5.5-8.5MPa、索力损失范围在3.3-18.3%之间等结论。在断索(杆)试验和有限元分析方面,于1:15缩尺模型中取三类拉索破断并针对其中一根进行逐丝断索试验。通过结构整体图像、节点竖向位移及加速度、拉索动静态应变变化五方面信号采集处理,形象描述了索穹顶断索效应。得出了索穹顶结构中受力最大的构件破坏时对结构的损害不一定最大,应对索穹顶构件进行安全评级的结论。通过有限元分析有效模拟出索穹顶拉索断裂前后结构状态及相关时程,进一步验证了上述结论。为定量描述断索动态效应,引入动力放大系数(DAF)并提出时程放大系数(TAF)的概念。得出外环索破断效应最大、脊索其次、斜索最小的结论。从预应力水平、竖向荷载、边界条件和温度四因素分析影响断索动态效应的程度,由大到小依次为竖向荷载和预应力水平、温度、边界条件。其中,DAF和TAF随竖向荷载的增大先增后减;与预应力水平呈正相关;与温度变化呈反相关;边界条件的影响很小,可以忽略。在安全评级方面,将76类索杆分别进行破断分析,得出全构件破断结构状态与响应。提出构件重要性评级思路:从竖向位移、构件内力、动态效应、再破坏概率等角度融合预警思想,划分五个重要性级别。构件重要性由高到低依次为环索、脊索和撑杆、斜索、直索。构件位置对重要性级别有决定性影响。使该类结构的施工、维护更有针对性,为其健康监测和安全反恐提供有价值的参考。