作为海底管道系统的重要组成部分,深海阀门被广泛用于海洋油气工程的水下管汇、海洋管道终端及油气输送管道中。由于海洋环境的特殊性以及海洋设备的高投资、维修困难等,深海阀门一旦发生失效,损失不可估计。因此,对深海阀门载荷研究具有重要意义。本文根据深海阀门的工作环境,结合海底管线的相关标准资料,总结出深海阀门的载荷种类,确定了深海阀门载荷的组合方式。运用Matlab软件分析了影响阀门波浪力的因素。利用有限元软件分析深海球阀的自振频率与振型,为深海阀门的模态分析提供了参考。本文的主要研究工作如下:首先,在分析海底管道的载荷类型与种类的基础上,结合深海阀门的实际工作环境,深海阀门的载荷类型有功能性载荷、环境载荷和偶然载荷。环境载荷由波浪、海流以及地震产生的载荷;功能性载荷由重量、外部静水压力、内部介质压力、管道及底部支座的反作用力组成;偶然载荷有火灾、爆炸、突然降压、物体下落、第三方设备等引起的载荷。深海阀门的载荷组合方式有:(1)功能性载荷+环境载荷(除地震外);(2)工作状态下的功能性载荷+地震载荷。除非偶然载荷可预测到同时发生,否则不考虑其与其它载荷的组合。其次,分析常用的波浪理论可知,线性波理论与斯托克斯五阶波理论可适用于深水环境下描述波浪运动。由于阀门属于小尺寸结构物,深海阀门受到的波浪力及海流力可利用莫里森方程求解。利用Matlab编写程序计算在线性波理论与斯托克斯五阶波理论下,水深、周期与波高对深海阀门波浪力的影响。计算结果显示,水深越小,波高越高,周期越大,阀门受到的波浪力越大。分析安装深度对阀门波浪力的影响,得到深海阀门受到的水平波浪力比垂直波浪力大;随着安装过程中深度的增加,波浪力逐渐减小。最后,分析用于深海阀门模态分析的两种方法,并利用有限元软件模拟深海阀门在干-湿模态分析的自振频率与振型。分析结果显示,湿模态分析结果更准确,更适用于深海阀门模态分析。参考海底管道的地震分析与陆上阀门的地震分析,深海阀门的地震分析方法有极限地震应力法、等效静力法和瞬态动力学分析法。着重分析了地震伪加速度谱转化成时程加速度曲线的方法。最后,以实例模拟某深海阀门在设计压力、外部静水压力、自重、螺栓(螺钉)预紧力及地震载荷(SSE)下的静力学分析。分析结果显示,该阀门在SSE载荷作用下有良好的抗震性能。