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海底管线系统是海洋油气开采工程中最主要的油气资源输送手段，在油气开采项目总投资中占有巨大的比重。在海底管线输送油气资源前，需要对管线进行升温和加压，以保障输送物不会因冷凝而堵塞管线，所施加的温度和压强会使得钢质管线产生轴向压应力。深海管线输送距离大，因此所施加的温度和压强值较高，同时深海管线受到海床土体的约束作用较小，容易产生变形。因管线受温压荷载而产生的变形在水平向主要表现为管线的水平向整体屈曲，在轴向表现为管线在温压荷载循环加载过程中产生的轴向步进现象。
当管线的水平向整体屈曲处于可控范围内时，管线可以通过水平向屈曲变形释放轴向压应力，降低管线系统的风险，但当管线变形过度时，则会造成截面的破坏。因此准确分析管线在温压作用下的变形形态，合理控制和利用管线水平向整体屈曲，对降低管线系统风险、减小管线系统投资预算有着重要的意义。管线的轴向步进现象为管线朝向固定方向出现整体性位移，且位移量会随着荷载循环加载次数的上升而增大，对管线末端结构的安全构成威胁。深海管线的轴向步进现象尤其明显，且轴向步进值较大。准确预测轴向步进值并进行相应地防护，是保障深海管线长期运营稳定性的前提条件。
本文通过理论分析、数值模拟和室内模型试验，研究了管线在高温高压下产生的水平向整体屈曲变形和轴向步进变形。主要内容包括：
(1)建立了深海管线水平向整体屈曲数值模拟模型，对模型中的非确定性参数进行了分析，通过室内模型试验分析了初始埋深对土体阻力的影响;
(2)分析了管线发生水平向整体屈曲后塑性应变的分布及数值;量化了塑性应变值与影响因素之间的规律性;
(3)采用数值方法对管线轴向步进现象进行了模拟，提出了同一荷载循环周期内升温过程和降温过程中，土体阻力系数为不同大小的常数时，针对经典理论解的简易修正公式;
(4)基于土体阻力随管线投产历时而变化的土体模型假定，推导了可适用于考虑土体强度增长，且增长函数为任意函数类型时管线轴向步进的理论解;
(5)探究了非自由管线产生轴向步进的新型变形机理，并基于此理论提出了新型的管线轴向步进防控措施，设计出了轴向步进补偿器，使得管线在荷载循环结束时整体位移为零。
当管线的水平向整体屈曲处于可控范围内时，管线可以通过水平向屈曲变形释放轴向压应力，降低管线系统的风险，但当管线变形过度时，则会造成截面的破坏。因此准确分析管线在温压作用下的变形形态，合理控制和利用管线水平向整体屈曲，对降低管线系统风险、减小管线系统投资预算有着重要的意义。管线的轴向步进现象为管线朝向固定方向出现整体性位移，且位移量会随着荷载循环加载次数的上升而增大，对管线末端结构的安全构成威胁。深海管线的轴向步进现象尤其明显，且轴向步进值较大。准确预测轴向步进值并进行相应地防护，是保障深海管线长期运营稳定性的前提条件。
本文通过理论分析、数值模拟和室内模型试验，研究了管线在高温高压下产生的水平向整体屈曲变形和轴向步进变形。主要内容包括：
(1)建立了深海管线水平向整体屈曲数值模拟模型，对模型中的非确定性参数进行了分析，通过室内模型试验分析了初始埋深对土体阻力的影响;
(2)分析了管线发生水平向整体屈曲后塑性应变的分布及数值;量化了塑性应变值与影响因素之间的规律性;
(3)采用数值方法对管线轴向步进现象进行了模拟，提出了同一荷载循环周期内升温过程和降温过程中，土体阻力系数为不同大小的常数时，针对经典理论解的简易修正公式;
(4)基于土体阻力随管线投产历时而变化的土体模型假定，推导了可适用于考虑土体强度增长，且增长函数为任意函数类型时管线轴向步进的理论解;
(5)探究了非自由管线产生轴向步进的新型变形机理，并基于此理论提出了新型的管线轴向步进防控措施，设计出了轴向步进补偿器，使得管线在荷载循环结束时整体位移为零。