本文提出一种新型组合空间结构体系——组合肋壳，由U型截面钢肋和浇注于其内的混凝土肋构成组合肋，以组合肋为支架浇注混凝土薄壳，最终完成组合肋壳施工。在整个施工过程中，建成构件依次作为后者施工时的模板和支架，避免混凝土薄壳施工中支模拆摸等繁琐工作，大大缩短工期，降低造价，是一种具有很好工程应用前景的新型壳体结构形式。为深入探讨组合肋壳的受力机理，弥补新型结构研究空白，本文依照施工先后顺序，分别对单根钢肋、组合肋及组合肋壳的受力性能、承载力影响因素等进行研究，主要内容有：1．对单根钢肋圆拱稳定性及承载力进行理论研究和数值分析，探讨了钢肋的稳定性，拟合了钢肋平面内屈曲和侧倾屈曲临界荷载计算公式。首次对U型截面钢肋圆拱进行分析，利用APDL语言，分别建立不带隔板、带隔板两种模型，对30种不同截面尺寸，180余例单根钢肋在平面内屈曲及侧倾失稳时的极限承载力、失稳形态进行了研究，考察隔板设置对钢肋受力性能的影响，并探讨了不同截面尺寸、半跨荷载作用以及初始缺陷对钢肋稳定性的影响，为全面了解钢肋圆拱力学性能提供了资料。2．对组合肋截面构件进行了几何非线性和材料非线性分析，推导了组合肋正截面受压、受拉和受弯时承载力计算公式。对组合截面承载力研究方法进行讨论，着重论述了非线性有限单元法与软件分析相结合的实用分析方法，并以标准混凝土抗压试块、钢筋混凝土梁及钢管混凝土短柱为例，进行验证。对组合肋截面构件在正截面受压、受拉、受弯三种不同受力情况进行有限元模拟，同时考虑几何、材料非线性影响，在有限元分析基础上，依据极限平衡理论，推导了组合肋截面构件承载力计算公式。对不同混凝土强度下不同截面尺寸组合肋承载力进行参数分析，证明所推导的承载力计算公式的可靠性。3．通过组合肋壳弹塑性分析，对组合肋壳承载能力、变形特点进行了全面探讨。采用更新拉格朗日格式，基于增量虚功原理建立了组合肋壳非线性增量平衡方程，利用空间梁单元和层合曲边壳单元，考虑组合肋与混凝土薄壳间的偏心影响，建立了组合肋壳刚度矩阵；研究了在自重和均布压力荷载作用下，组合肋壳内力分布特点、荷载传递方式、结构内部力流分布，以及材料进入塑性后，结构变形特点、内力分布特点等；最后与普通的钢筋混凝土带肋壳受力性能进行比较。4．在组合肋壳稳定性分析中，探讨了结构的失稳形态和后屈曲特性，结论可供设计参考。提出线搜索和弧长法相结合的稳定性分析方法，通过典型例题进行验证；由组合肋壳受力全过程跟踪，判断结构稳定性，并对不同影响因素进行大规模参数分析，研究了不同肋格数、不同矢跨比、不同截面尺寸、不同边界条件及不同荷载作用下，组合肋壳极限承载力变化和失稳区域分布情况等，可供该新型结构设计参考。本文创新之处：1．提出了一种新型结构形式——钢—混凝土组合肋壳，对其承载能力、弹塑性和稳定性进行了全面研究，发现这种结构能克服混凝土薄壳施工繁琐缺陷，同时具有承载能力高，稳定性能优越等特点。2．通过对钢肋稳定性研究，分别拟合了单根钢肋平面内失稳、侧倾失稳时临界荷载计算公式，并对此进行检验，为U型截面圆拱临界荷载数值计算提供参考；对两种不同模型的钢肋极限承载力和失稳形态比较发现，带有隔板的钢肋承载力是不带隔板的2-3倍，在添加隔板后，不仅可以有效防止浇注过程中混凝土沿钢肋轴线下滑，同时可大大提高钢肋的承载能力；对承载力影响因素进行分析发现，钢肋板厚度是重要影响因素，其次是钢肋截面高度，宽度和隔板间距。3．在有限元模拟结果的基础上，根据极限平衡理论，推导出组合肋截面轴心受压、轴心受拉及正截面受弯承载力计算公式，并对组合肋三种受力状态下承载力进行计算，计算结果与非线性有限元分析结果吻合较好，两者相差仅2％左右，所提出的U型截面计算公式可为设计提供参考。4．组合肋壳弹塑性分析发现，经过组合肋壳中心的两条正交组合肋是重要传力构件，结构传力路线明确、流畅；钢肋不仅可以作为浇注混凝土肋模板使用，一定程度上也改善了结构的受力性能，调节组合肋轴向压力和弯矩变化幅度，可使结构内力分布趋于均匀，结构受力性能比钢筋混凝土带肋壳优越。稳定性分析发现在组合肋壳局部失稳后，承载能力仍有所提高，与网壳结构受力性能不同，结构表现出一定的屈曲后强度，因此对于组合肋壳而言，取第一个临界点作为临界荷载是不合理的，应该考虑并充分利用结构的后屈曲强度。