长输管线包括输气、输油、输水及输送其它工业原料的管线，由于介质的多样性，载荷的复杂性，周围环境的恶劣性，数量的广泛性，使研究管线安全运行变得尤为重要。 跨越是长输管线的一种常见形式，本文主要在直管跨越、单管拱形跨越管线的静力学特性及含体积型缺陷弯管的极限载荷方面做了如下几方面的工作： 1.无补偿直管跨越管线长输管线固定墩位置在埋地与悬空段交界处时，固定墩附近因约束环境的突然变化及固定墩附近管线的应力集中，易造成此处管线应力较大的同时又出现腐蚀坑。为避免两个不利效应的叠加，提出了固定墩位置在距入土端某一距离的直管跨越管线新模型。经过分析，本文建议固定墩位置设置在距入土端1～2m。为了得到与实际情况较符合的内力、挠度和应力的计算公式，本文将直管跨越管线悬空段视为大挠度梁，考虑管梁的几何非线性及土壤纵向抗力的物理非线性，并将埋地段看成有限长梁，得到悬空段与埋地段交界处弯矩、轴向力、挠度及轴向应力的计算公式，同时分析了在新模型下固定墩位置，管线的壁厚、外径、跨长、温差、内压、自重和防腐层厚度对管线内力、位移和应力的影响。 2.单管拱形跨越管线——平面问题目前单管圆弧拱跨越管线设计计算公式是在小变形假设和不考虑轴向力对变形影响情况下得到的，且没有挠度计算公式。本文将不考虑风载荷时的单管圆弧拱视为平面问题，考虑管线结构大变形及轴向力引起的拉伸，理论推得了内压、温差和自重载荷作用下管线的内力和挠度计算公式，并与现有的设计计算公式进行比较，发现由设计计算公式得到的应力值约大5～10％。本文同时分析了固定墩沉降或安装误差对内力、挠度的影响。案例分析发现，安装误差会对内力和挠度带来较大的影响，为了降低内力及拱的变形，安装时可使两固定墩距离比设计值略大。 3.单管拱形跨越管线——三维问题Kirchhoff方程适于大变形的情况，但其不考虑轴向变形与内压，本文通过考虑轴向变形与内压，改进了Kirchhoff方程，得到了非线性大变形及非平面问题的内力和挠度一般方程，并在两端固定约束情况下，用打靶法求解了圆弧拱管线内力和挠度的数值解。分析发现，跨距较小时，小变形假设计算结果比本文改进的Kirchhoff方程得到的数值解平均大8～10％；跨距较大时，小变形假设下的计算结果与本文推导的Kirchhoff方程解相差较大，如本文案例分析中，跨距等于30m时，小变形假设下固定墩处水平面内的剪力比本文改进的Kirchhoff方程解小77％，偏不安全。 4.圆弧拱跨越管线的极限载荷目前对含缺陷弯管的极限载荷研究主要在内压、面内弯矩和面外弯矩上。本文采用考虑大变形的弹塑性有限元分析方法，分析了在受面内、面外弯矩，扭矩，温差，剪力，轴力和内压联合作用时，含球形、长球形体积型缺陷拱形跨越管线的极限载荷。模拟了管线的塑性屈服过程，发现缺陷为沿轴向的长球形或深度较大时，为局部屈服失效；缺陷为沿周向的长圆孔时，整体屈服失效。 5.含体积型缺陷管线爆破试验及极限压力估算式进行了含体积型缺陷直管与弯管的爆破试验研究。通过对含凹坑缺陷试件失效过程的有限元模拟，发现应力的分布与实验实测的数据吻合，极限载荷数据非常接近。分析了缺陷深度、长度和拱半径对直管与弯管极限压力的影响，对含腐蚀凹坑缺陷直管的极限压力估算公式进行了修正，提出了内压下弯管相对极限载荷PL/PL0的估算公式：PL/PL0=1-0.2967/h/t·a/1/(r0-t/2)t+5.6·h/t·3/2·a/1/(r0-t/2)t·r0/R-0.22·(h/t)5·a/1/(r0-t/2)t·2-568.1·(r0/R)3其中h/t为缺陷相对深度、a/(r0-t/2)t为缺陷相对长轴长度、r0/R为管线外径与弯管曲率半径之比。