海底管道是深海油气资源开采与输送中不可或缺的组成部分,出于成本及技术难度考虑,深海油气输送管道一般直接铺设在海床上。高温高压引发的轴向膨胀会导致管道在海床平面内发生整体侧向屈曲,这是是海底管道主要的失效模式,不加控制的侧向屈曲会严重威胁管道的安全运营。分布浮力式侧向屈曲控制方式,作为深海油气输送管道侧向屈曲控制的主要技术之一,已经得到成功的工程应用。但是相关理论研究的缺乏,仍制约着对其力学机理的清晰认知。此外,对于深海管道分布浮力系统侧向屈曲控制设计,须满足不同的性能需求,并且相邻分布浮力模块之间存在耦合效应。传统的常规结构设计方法尽管可以满足对侧向屈曲控制的性能需求,但很难保证设计方案的控制效果是最优的。本文围绕分布浮力式海底管道侧向屈曲理论分析模型、高效的理论分析近似解答、侧向屈曲诱发装置布置准则以及面向性能的海底管道分布浮力系统侧向屈曲控制优化设计等展开了研究。主要内容如下：(1)采用解析分析方法推导了分布浮力式海底管道侧向屈曲理论分析模型。首先,通过对分布浮力模块设计参数的无量纲化处理,将物理上无上界的设计空间转化为力学上有界的设计域。其次,推导了分布浮力式海底管道侧向屈曲的屈曲方程,得到了位移函数的解析解答。将经典的Hobbs关于理想长直管道整体屈曲理论分析模型推广到含有分布浮力模块装置这一特殊初始缺陷的管道整体屈曲问题。与前人理论研究进行了对比,验证了本文理论分析模型的合理性。最后,对理论分析模型解的工程意义进行了讨论,探究了一阶模式与三阶模式侧向屈曲的内在联系。(2)采用响应面法(Response Surface Methodology, RSM)对分布浮力式海底管道侧向屈曲理论分析模型进行了简化与修正,得到了理论分析模型的近似解答,克服了其可能产生不满足工程意义的解的缺陷,显著地提高了计算效率。与海底管线实际模型的有限元数值仿真进行了对比分析,验证了理论分析近似模型的求解精度,结果表明三阶屈曲模式的误差在工程可接受范围内,而有限元数值仿真无法得到精确的分布浮力式海底管道一阶模式的侧向屈曲。基于近似模型对分布浮力模块设计参数对管道侧向屈曲力学行为的影响进行了分析,为工程上初始设计阶段确定设计参数提供了参考。(3)对诱发装置作用下管道侧向屈曲控制的失效模式进行了分析,给出了侧向屈曲诱发装置的布置准则。提出了侧向屈曲诱发装置布置的轴力区间判别法,结合失效模式对轴力区间判别法的轴力上、下限进行了分析。通过算例分析验证了轴力区间判别法的有效性与合理性。并考虑了不确定性因素对轴力区间的影响,分析结果表明,不确定性使侧向屈曲诱发装置布置的轴力区间明显减小。(4)建立了面向性能的海底管道分布浮力系统侧向屈曲控制的多目标优化设计方法。给出了诱发装置作用下管道侧向屈曲控制的安全性能与内力控制性能评价指标。通过优化算例验证了本文优化设计模型的合理性,并且对面向不同性能需求的海底管道侧向屈曲控制设计中,分布浮力模块的设计参数以及布置位置对性能需求的影响进行了分析,为工程设计提供了有价值的参考。