随着海洋油气开发工程逐渐由浅海过渡至深海甚至超深海,深海浮式平台越来越多应用到实际工程当中,继而使得深海管道结构得到了越来越广泛的应用。张力筋腱作为一种典型的深海管道结构,作业环境复杂,在服役期间会受到交变应力的影响,结构在平台运动、环境引起的外激力等共同作用下会发生较为复杂的耦合振动现象,致使结构发生疲劳破坏;海底油气输送管道作为另一种典型的深海管道结构,伴随着作业水深的增加,考虑到环境引发结构的腐蚀,在水压和腐蚀的影响下,会面临因腐蚀损伤而引发截面刚度降低,进而导致管道局部屈曲破坏。本文主要针对上述两种典型深海管道结构,从筋腱受迫振动特性、筋腱疲劳计算及失效后果评估,以及海底油气输送管道局部屈曲等方面开展研究,探讨了典型深海管道结构的失效机理与安全特性,从而为我国南海深海油气开发工程提供相关参考。以张力筋腱及其与平台耦合振动问题为研究对象:首先基于非线性梁理论,推导了三维张力筋腱非线性耦合振动的控制方程,并利用差分法进行编程计算,探讨了三维条件下,张力筋腱顶部位移激励幅值、海流流速及类型等参数对张力筋腱受迫振动的响应的影响规律,探讨了张力筋腱的耦合振动响应问题。进一步基于三维张力筋腱分析模型,推导了张力腿平台—筋腱耦合状态下平台运动的时域求解方法,并编程展开计算,分析了采用不同张力筋腱模型对平台运动响应影响。以张力筋腱疲劳及其失效后果影响为研究对象:首先,开展了深海管道高压—受迫振动试验研究,分析了水压对深海管道结构应力变化的影响规律;之后结合张力腿平台耦合时域分析模型,引入水压的影响,得到张力筋腱顶部及底部的应力时域分析结果,并得到其可靠性指标,分析了水压引起管道环向应力对张力筋腱底部疲劳可靠性的影响;最后基于耦合分析模型,开展张力筋腱部分断裂后果影响研究,对分析结果展开定量评价。以海底油气输送管道局部屈曲问题为研究对象:首先建立了管道三维屈曲分析力学模型,引入新的局部椭圆度缺陷表达形式,并利用编程实现计算,结合深水管道试件局部屈曲试验验证了模型的正确性。对局部椭圆度轴向参数开展敏感性分析,探讨其对管道抗屈曲能力的影响规律,讨论了DNV规范在局部椭圆度轴向尺度较小时的保守性问题,提出了归一化海底油气输送管道屈曲计算公式;之后考虑腐蚀的影响,针对典型的外腐蚀和内腐蚀形式,结合试验和有限元计算分析,对腐蚀尺度参数分别展开敏感性分析,基于复合缺陷思路,得到了腐蚀缺陷条件下的管道局部屈曲承载力计算公式,建立了管道局部屈曲时变可靠性分析模型,基于实测数据结果,得到新的主要影响参数分布特征,并对特征参数开展敏感性分析。