网壳结构由于其受力合理、用料经济、造型美观、形式多样等诸多优点,在我国近三十年的工程建设中发展迅速,被大量应用于会展中心、大型体育场馆、机场航站楼、大型歌剧院等公共设施,常作为重要性建筑和地标性建筑采用的结构形式。我国地处太平洋地震带和地中海——喜马拉雅地震带之间,地震发生频繁且区域广泛,在我国建设的网壳结构及其他大跨度空间结构均受到地震的严峻威胁。历史震害资料表明,多数情况下,一次地震是包含主震、余震和其他震群的序列地震,主震发生后,余震往往会引起结构产生附加损伤,甚至造成倒塌。然而,已开展的网壳结构抗震性能研究均是基于单次地震作用,考虑序列地震作用的相关研究仍处于空白,因此,按现行抗震设计方法设计的网壳结构并不能保证遭受主震作用后在余震作用下仍然安全可靠;此外,网壳结构由于其使用空间大,常作为地震灾区的应急避难场所,以解决受灾人民群众的安置问题,确保其在序列地震下仍能发挥功能也具有十分重要的社会意义。鉴于上述背景,本文以典型的大跨度空间网格结构——网壳结构作为研究对象,系统考察了网壳结构在序列地震作用下的响应规律及失效机理,开展了网壳结构的序列地震效应敏感性分析和易损性分析,提出了网壳结构基于序列地震作用的抗震设计方法和地震损伤快速评估方法。本文开展的具体研究工作如下:(1)开展了主余震序列地震动的收集工作及相关性分析。根据主震、余震子样挑选原则,收集并筛选出了1961年至2016年间的主余震震级关系338对和主余震序列加速度时程记录342对,从震级、频谱成分、持续时间和能量四个方面系统考察了主余震序列地震动相关性,并提出了持时比例的概念用来描述地震动能量释放的集中程度;基于上述相关性研究成果,提出了一种综合考虑主余震加速度幅值、频谱成分、持续时间和各阶段持时比例四个方面相关性的人工合成余震地震动方法,并与实际余震记录进行了对比分析,验证了该方法的合理性和适用性。(2)开展了网壳结构在序列地震作用下的地震响应分析。利用通用有限元软件ABAQUS分别建立了不同跨度的单层球面网壳和双层球面网壳有限元模型;地震动加载方法采用主余震地震动时程首尾相连,中间间隔零幅值时程的形式;利用增量动力分析方法,考察了余震作用对网壳极限承载力的影响;利用全荷载域动力时程分析方法,讨论了网壳结构在序列地震作用下的响应规律及失效机理,定义了余震对网壳地震响应的四种影响程度。(3)开展了一单层球面网壳序列地震作用振动台试验。按照相似比设计原则对试验模型进行了设计和加工;正式试验前率先开展了现场噪声采集试验和模型动力特性试验;输入激励信号采用1999年发生的台湾集集地震中编号为CHY081台站记录的震群序列地震动;正式试验包括弹性阶段试验、弹塑性阶段试验和倒塌阶段试验,通过观察试验现象和分析试验数据,验证了定义的余震对网壳地震响应的四种影响程度,获得了网壳结构在序列地震作用下的破坏历程。利用通用有限元软件ABAQUS对试验模型进行了精细化建模,对试验过程进行了数值重现,并与试验现象和试验数据进行了对比,验证了ABAQUS数值模拟结果在网壳结构序列地震效应研究中的可靠性。(4)开展了网壳结构的序列地震效应敏感性分析。根据已有文献中关于中美抗震规范场地分类转换标准的相关建议,按照中国场地分类条件,从上述得到的342对主余震地震动加速度时程记录中分别挑选出了Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类场地条件下的地震动各10条;利用时程动力响应分析方法,对不同跨度的单层球面网壳和双层球面网壳开展了大量算例分析,讨论了网壳结构对余震致塌的敏感程度与其在主震结束时的特征响应之间的规律,给出了网壳结构对余震致塌敏感性的特征响应指标及其建议界限值,提出了考虑余震影响的网壳结构抗震设计方法。(5)开展了网壳结构的序列地震效应易损性分析。开展了不同初始破坏等级下网壳结构的附加损伤与地震动强度参数的相关性分析,比较了11个常用的地震动强度参数的相关性和有效性,选取了PGA作为适用于网壳结构序列地震效应研究的地震动强度参数;利用增量动力分析方法,分别建立了网壳结构用于震前设计的主余震序列易损性曲线和易损性矩阵以及用于震后评估的余震易损性曲线和易损性矩阵,并得到了不同初始破坏等级下网壳结构的余震倒塌易损性曲线;基于上述易损性分析结果,提出了以主震PGA和主余震PGA比值为自变量的网壳结构主余震序列地震损伤快速评估模型,并分别建立了已知初始破坏等级和未知初始破坏等级的网壳结构余震损伤快速评估模型,扩大了传统网壳结构地震损伤快速评估模型的应用范围。