大型海洋基桩是近海海洋结构物桩基础的重要组成部分,其自身为内外壁光滑的薄壁长圆筒钢桩,其起吊作业一直是海洋结构物施工建设工程中的一大难题。本文通过对现有各类型的大型海洋基桩吊具的结构特点以及夹持方式进行对比分析,发现现有基桩吊具往往对基桩管壁进行单侧夹持,基桩易发生较大的受力变形而且吊具对同一规格不同管径的基桩的适应性较差。针对这一现状,本文以IHC公司的双边海洋基桩吊具为蓝本,提出一种“内外夹持式变径海洋基桩吊具”的结构方案,以期对上述问题进行改进。本课题来源于国家自然科学基金项目“海洋基桩大型夹吊具夹持承载机理分析及试验研究”(项目批准号:51479043)。针对本文提出的吊具结构形式,分别对吊具的摩擦夹紧以及楔块齿嵌入夹紧两种夹紧方式进行了深入研究,并以此为前提,对吊具的内外夹持方式进行了研究,验证了设计方案的可行性。本文完成的具体工作如下:根据目标基桩的结构尺寸,完成了内外夹持式变径海洋基桩吊具的总体方案研究,具体完成了吊具总体机械结构、工作液压回路以及控制系统软硬件的总体设计,为后续吊具两种夹紧方式的夹持承载机理分析提供基础。针对吊具的摩擦夹紧方式,根据初步选择的夹紧液压缸,首先,分别利用弹性力学薄壳理论、基桩等效曲杆模型以及有限元仿真分别计算了吊具仅夹持基桩外壁与采用内外夹持方式时基桩受载区的弹性变形,获得了基桩在吊具夹持作用下的变形趋势,并对吊具内外夹持方式的可行性进行了验证。随后,为了研究吊具的摩擦夹紧力,对吊具夹紧机构与基桩管壁间的最大静摩擦系数进行了求解。最后,当吊具采用摩擦夹紧方式时,对基桩的起吊过程进行了研究,给出了利用摩擦夹紧方式起吊基桩的安全条件,并对吊具的摩擦夹紧力进行了校核分析。针对吊具的楔块齿嵌入夹紧方式,首先,通过塑性力学滑移线场理论以及Abaqus仿真分析对楔块齿嵌入基桩管壁的相互作用过程进行了深入研究,着重研究了楔块齿齿形角对其嵌入性能的影响以及单齿嵌入与多齿嵌入之间的联系,完成了吊具夹紧楔块的设计工作,并最终确定了夹紧液压缸的结构参数。随后,利用弹性力学理论与Abaqus仿真分析对楔块齿在起吊过程中的受力特性进行了研究,获得了其内部应力分布情况,对楔块齿的强度进行了校核分析,并对楔块齿的等强度廓线进行了研究。最后,对吊具摩擦夹紧与楔块齿嵌入夹紧两种夹紧方式进行了对比分析,给出了各自的优缺点以及适用范围,并且针对重新选型后的夹紧液压缸,对基桩受载区的大塑性变形进行了求解,对吊具采用内外夹持方式的必要性进行了详细分析,进一步验证了吊具设计方案的合理性。为了进一步对吊具的两种夹紧方式进行深入研究,设计制造了小型实验装置进行相关实验研究。对于吊具的摩擦夹紧方式,对其承载能力进行了相关实验研究,获得了实验装置夹紧机构与基桩试件间的最大静摩擦系数。对于吊具的楔块齿嵌入夹紧方式,对不同齿形角以及不同齿数的楔块齿嵌入过程,以及楔块齿的承载性能进行了实验研究,获得了实验装置夹紧机构与基桩试件间的当量摩擦系数。通过实验获得的两种夹紧方式的摩擦系数,对两种夹紧方式的夹持承载能力进行了定量比较,并且通过对实验数据的处理分析,验证了前文中理论分析与仿真的结论。