索穹顶结构是由拉索和压杆构成的空间铰接体系,并依靠拉索和压杆之间的平衡预应力提供刚度。国内外目前对于钢索穹顶的理论研究逐渐趋于成熟,钢索穹顶工程实践和试验研究也取得了长足的进步。碳纤维复合材料(CFRP)的优点鲜明,由于其轻质高强、低松弛、耐腐蚀等优点,碳纤维材料受到了航天领域的青睐,航天器骨架通常由碳纤维材料制成。CFRP材料同样适合应用于大跨度空间结构,但目前,国内外没有将碳纤维索穹顶结构的工程实例,理论和试验研究也较少。因此,本文综合考虑碳纤维材料的特性,设计了一个5.4m直径的Geiger型碳纤维索穹顶结构模型,并进行了相关的试验研究,本文具体内容包括:首先,通过等应力原则对文献中120m模型进行缩尺,建立了碳纤维索穹顶结构模型,并进行了考虑重力和预期荷载作用下的找力分析,然后利用ANSYS软件对碳纤维索穹顶结构模型进行了静力分析,主要包括三种工况作用下结构的内力和位移分析。接着进行了结构模型在均布荷载作用下的的失效分析。然后,针对CFRP索锚固的难题,设计了一种新型的内嵌钢珠式CFRP索锚具。然后设计实施了 4组共计14根试件的锚具拉拔试验,试验分析表明该新型锚具能在改善锚固效率的同时,显著减小锚具尺寸。接着,为Geiger型碳纤维索穹顶结构试验模型设计了特别的压杆上下节点形式,并给出了各组件的选材、连接、构造及设计原则和加工方法。为了确保试验模型的顺利张拉成形,本文依据动力松弛法针对试验模型提出两种施工方案,仅张拉最外圈下斜索和由外向内逐圈张拉斜索,经分析对比后发现,虽然两者都能成形且获得满意的应力和形态结果,但是后者在张拉过程中,更容易调节和控制拉索内力。最后,设计并加工一直径为5.4m的Geiger型碳纤维索穹顶结构模型,采用由外及里逐圈张拉斜索的施工成形方法,顺利地将特定原长的杆件组装张拉到位,并测试了该结构的初始预应力分布,和理论计算值基本上能吻合。试验模型的意外破坏表明,试验模型设计还存在一定的问题,本文就此提出了相关模型试验的建议,也为CFRP材料应用到索穹顶等空间大跨度结构中提供了一定的参考价值。论文最后总结了本文的主要研究内容及研究成果,同时指出了今后待解决的若干关键问题及研究方向。