热油管道穿越冻土区时,管道温度将导致管周土壤温度升高,形成融化圈引发土壤的沉降,从而对经过的管道造成融沉载荷。管道会由于较大的弯曲应变和轴向应变而失效,影响其安全可靠性运行。现有方法难以对管道在这种工况下的安全性进行有效评估,故建立一种符合工程实际且分析结果准确的冻土区埋地输油管道数学模型,对研究管道的结构响应、保障管道的安全运行尤为重要。论文针对管道受到冻土融沉载荷作用下产生的大变形问题,采用逐步累计小变形法给出了管道融沉区大变形管道的变形、应力与应变解析方法;通过分析弯曲应变与轴向应变给出了非融沉区小变形段管道的解析方法,并通过边界条件协调得出管道整体的变形与应变特征。方法综合考虑了土壤的非线性以及管道材料的非线性对管道应力、应变的影响,并通过与其它常用方法结果的对比,验证了其有效性与准确性。论文通过非线性有限元软件ABAQUS建立了融沉载荷作用下埋地管道的结构变形与应力应变响应的数值模型。采用非线性土弹簧单元模拟管-土作用,壳单元模拟管道局部变形。通过与解析计算方法以及有限元管单元模型的对比验证了本模型的准确性。分析总结了不同融沉区宽度与融沉位移条件下管道的位移与应变的分布特征,以及不同土壤参数、管道壁厚和管道内压等工程参数对管道应变的影响。论文引入可靠性与结构随机性概念,对冻土融沉载荷作用下的埋地输油管道进行了结构可靠性分析。通过构造功能函数模型,结合一次二阶矩法和蒙特卡罗法得到了管道应变失效的概率和可靠度指标等可靠性参数,为冻土区埋地管道的安全运行提供了一定指导意义。