目前,有关大跨空间结构连续倒塌控制的研究较少,间接设计法和直接设计法是大跨空间结构抗连续性倒塌设计与分析的两类常用方法。间接设计法是通过构造加强结构的冗余度和坚固性,以提高结构抗连续性倒塌的能力,是一种概念设计法;直接设计法主要包括改变传力路径法(AP法)和关键构件法。然而,对于预应力钢网壳这种稳定问题突出的大跨空间结构,这两种设计方法都不能完全解决主要压杆脆性失稳所造成的结构倒塌过程中延性、耗能较差的特点。套管构件是一种结构失稳传感和控制构件,也是一种应用于空间钢网格结构的新型防屈曲支撑;将套管构件施加于预应力钢网壳结构的合适位置,可以在不改变原有合理受力性能、保持优美结构造型、不大幅度增加用钢量的条件下较有效、较直接地控制结构的倒塌。本文对预应力钢网壳结构(四角锥扭网壳结构)的材料本构模型、套管构件对四角锥扭网壳结构的倒塌控制机理进行了研究,同时进行了套管构件对四角锥扭网壳结构倒塌控制的试验研究,主要完成了以下几方面的工作。1)应用空间梁-柱单元的混合强化本构模型,将材料在动力冲击荷载下的损伤累积及率相关特性引入到材料本构模型中,建立适用于空间梁-柱单元的考虑材料损伤累积及材料率相关特性的混合强化本构模型。以四角锥扭网壳结构连续倒塌分析验证了混合强化模型的正确性,以单根圆钢管的等幅位移加载下的应力-应变曲线验证了钢材损伤累积本构模型的正确性,以单根圆钢管不同拉伸速率下的屈服强度验证了钢材率相关特性本构模型的正确性。2)下部预应力索是四角锥扭网壳结构的关键构件(高敏感性杆件),选择下部预应力索作为初始破坏杆件,应用LS-DYNA软件分析了四角锥扭网壳结构在施加套管构件后下部预应力索突然破断剩余网壳结构的内力重分布及倒塌控制机理,揭示了套管构件对网壳结构的倒塌控制机理。首先,在网壳结构不同位置施加了两根套管构件,分析了施加不同位置套管构件网壳结构拆索后的动力倒塌过程,得到了网壳结构最佳套管构件布置位置。然后,在四角锥扭网壳结构最佳套管构件布置位置施加套管构件后,研究了连续倒塌荷载大小、下部预应力索截面积及两种不同材料本构模型等参数,对四角锥扭网壳结构拆索后套管构件对网壳结构连续倒塌控制的影响。3)设计了套管构件对四角锥扭网壳结构倒塌控制的试验模型,网壳平面尺寸为7.2m×7.2m,网壳厚度为1.55m,悬挑2.545m,使用预应力螺纹钢筋代替预应力索,以方便试验进行。利用杠杆及电磁原理,设计了一种能有效模拟预应力索瞬时失效的断索装置。断索装置测试试验表明:该断索装置可以实现预应力索的瞬间失效,并通过远距离控制断索装置电磁铁电源开关即可实现断索装置断开,保证了倒塌控制试验的可靠性和安全性。根据套管构件内核尺寸设计了套管构件外套筒的截面尺寸为68mm×3mm,杆件长度为1470mm。对四角锥扭网壳结构施加了Ⅲ号套管构件,采用静态应变测试分析系统及动静态信号测试分析系统,对网壳试验模型倒塌控制过程中的应变及动态位移进行了采集,通过对比试验结果与有限元模拟结果,进一步揭示了套管构件对四角锥扭网壳结构的连续倒塌控制机理,并验证了基于LS-DYNA软件对四角锥扭网壳结构进行连续倒塌控制数值模拟的准确性和可行性。