近年来,随着科学技术的进步,人们对海洋油气资源的勘探开发已从浅海走向深海甚至超深海区域。作为海上油气生产的大动脉,立管系统在海洋油气资源开发中占据着举足轻重的地位。目前在役的深水平台经常采用的立管形式主要有顶张力立管、钢悬链线立管和柔性立管,顶张力立管顺应性较差且适用水深有限,钢悬链立管触地点处的疲劳问题突出,而柔性立管的造价成本昂贵且不适应内部高温高压的生产条件,因此急需一种概念新颖的立管形式。顺应式垂直通路立管是目前处于研究阶段的立管形式,它不仅具有较好的顺应性,又由于其垂直连接油井,故可以直接从浮式平台上执行对油井的多种操作,大大节约了作业成本。本文首先基于虚功原理和变分原理,采用更新的朗格朗日坐标系,充分考虑了立管的几何非线性,并将立管内部高温高压的流体作用引入到力学模型中,创建了顺应式垂直通路立管力学模型。采用牛顿迭代法编制CVAR静力分析有限元程序,利用该程序对CVAR进行静力分析并提出改进的新构型。在进一步校正浮力因子后利用Newmark-β法进行时域内的CVAR动力分析,对CVAR动力参数进行敏感性分析。最后利用波流联合水槽及非接触位移测量系统,对CVAR物理模型进行动力实验,并将实验结果与数值模拟结果进行对比。计算结果表明:CVAR作为一种新型式的立管,无论在静力分析还是动力分析时,都体现了其优异的力学性能和独特的作业优势。其过渡段的存在起到了良好的缓冲作用,抑制了平台运动和波浪造成的立管振动,确保了下部管段的作业安全,也使得CVAR立管更加适应环境恶劣的极端海况。通过静力分析可知本文提出的新构型较原构型更具作业优势,其减少了浮力块的布置数量,有效降低了立管弯矩,使得立管上下部分更接近垂直。根据动力响应分析可知,平台所在位置对立管整体性能影响较大,合适的平台位置选择尤为重要;过高的浮力块布置会导致下部弯曲过大失稳;内部流体密度增加会对立管构型造成不良影响。根据实验可得合理的浮力块布置可使立管模型在水槽中实现CVAR构型,试验结果与数值模拟结果基本相符,同时定性的验证了CVAR这种立管构型的优势所在。