在油田起下油(气)井管柱的各种施工中，作业井架是主要的承力构件，井架的承载性能对井下各种施工作业产生直接影响。目前对作业井架的力学行为分析大都是在线弹性范围内进行，采用有限元方法建立结构的计算机分析模型，得到结构在给定载荷作用下的位移、应力等参数，而对结构在弹塑性、塑性阶段的研究很少。作业井架在使用过程中，有时会出现短期超载现象，而且大多数井架已服役多年，结构自身存在着各种损伤缺陷，使得在用井架与理想状态下的井架在力学特性和承载能力上产生了差异。 本文应用双重非线性有限元方法研究井架结构的力学行为。结构分析采用ANSYS软件，建立作业井架的有限元分析模型。通过考虑结构几何非线性来研究结构的大初曲率、大变形对结构力学性能的影响；通过考虑材料非线性来研究结构在弹塑性阶段的力学性能。对线性、非线性两种分析方法所得的结果进行了对比分析。结果表明，在小荷载、小变形情况下，按线弹性理论对井架结构进行分析是可行的。 绷绳作为作业井架的特殊支承构件，其工作特性对作业井架的力学行为有较大影响。本文对井架绷绳的非线性效应进行了等效处理。在计算中采用等效弹性模量代替钢丝绳的有效弹性模量，来研究井架绷绳在载荷作用下由垂度变化所引起的非线性效应，分析了井架绷绳的非线性效应对结构受力变形产生的影响。结果表明，井架绷绳的非线性效应主要对结构的刚度产生影响。 本文研究了井架结构的极限承载力问题。对井架的失稳形式进行分析，确定井架结构的失稳形式属于极值点失稳，并通过双重非线性稳定性分析计算井架结构的极限承载力。对井架的整体初弯曲缺陷，采用与结构失稳时屈曲一致的初始缺陷波形进行模拟，对具有不同程度初始弯曲的井架进行了承载能力研究，得出了井架整体初弯曲程度与结构极限承载力之间的变化关系。