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本文从钻机井架结构模态参数的灵敏度出发，提出基于优化设计的有限元模型修正理论和基于双重非线性的承载力预测方法。通过灵敏度分析确定待修正参数，根据试验模态特性和理论模态特性之间的残差方程建立优化模型的目标函数及约束条件，利用一阶搜索优化算法对待修正参数进行优化和状态评估。通过实验室井架动力模型修正验证了该理论的可行性。以该理论为基础，结合线性屈曲法、几何非线性法、双重非线性法对在役钻机井架进行承载力预测，得出该钻机井架的极限承载力、破坏形式及危险部位，为钻机井架的承载力预测和安全评估提供了一个新思路，适合工程应用。