索穹顶是一种结构效率极高的自平衡张力结构体系,目前已成为工程研究和应用的热点之一。本文对Kiewitt型索穹顶的找力分析方法、预应力优化和索杆破断等问题进行了研究,主要工作如下:(1)对多整体自应力模态的Kiewitt型索穹顶结构的找力分析方法进行研究,并对单整体自应力模态索穹顶结构找力分析的比值更新法进行改进,应用最小二乘的误差分析方法对该找力方法相对于奇异值分解法的模态的误差进行评估。研究表明:相比于奇异值分解法,比值更新法得出的自应力模态均整体可行,力学意义明确,且所得的结果误差小、精度高,由此验证了该方法的适用性;不考虑自重与考虑自重的找力分析结果相差较大,工程实践中,可采用考虑自重的附加预应力分布进行考量。(2)对不同预应力水平、活载半跨分布和索松弛等影响因素进行合理性分析,以结构初始应变能最小为预应力优化的目标函数,并以原索松弛约束条件,对基本遗传算法和基于分组排挤机制的小生境遗传算法的优化结果进行对比分析。在此基础上,提出了改进的索松弛约束条件。结果表明:提高预应力水平对结构刚度的提升效果不明显,半跨活载对结构非中心部位的节点竖向位移更不利,全跨活载作用下的中心部位脊索较易松弛;相比于基本遗传算法,小生境遗传算法的优化结果更好、具有更强的局部搜索能力;为有效控制拉索在荷载态下不致松弛,在优化过程中对索段跨中垂度进行适当限制可保证结构的安全性和正常使用的相关要求。(3)采用瞬态动力分析方法,对结构进行了局部索杆破断分析,探讨了局部索杆破断对其余索杆内力、支座反力和最大节点竖向位移的影响,揭示不同索杆单独破断的结构破坏机理,并对竖向荷载作用下索杆破断的破坏形态进行了分类,验证了基于应变能的敏感性指标对索杆连锁破断情形的适用性。研究表明:仅考虑索杆破断后平衡态的索杆内力和支座反力,而忽略振动过程的放大效应,其结果偏不安全;仅自重作用下,中心撑杆和外圈环索的单独破断会导致大范围的拉索松弛;全跨活载作用下,外环索的单独破断会造成结构的整体坍塌,少数撑杆的单独破断会造成结构的局部坍塌。基于上述破坏形态,工程实践中,建议以内拉环替换中心撑杆,加强局部脊索的安全储备,并加大外圈斜索截面以提高外圈环索破断时结构的抗连锁破断能力。基于应变能的敏感性指标适用于结构对索杆连锁破断情形的敏感性评价,但因连锁破断导致的能量释放,其计算结果偏小,宜采用不考虑连锁破断(材料弹性)的分析结果进行计算。外圈环索是索穹顶结构最为重要的敏感性构件,应重点关注外圈环索的单独破断对结构的影响,加强安全储备和保护措施以防止其初始破断。