作为重要的战略资源,石油和天然气在能源结构中始终占据着主导地位。海洋是油气资源的主要来源之一。海底管道是海上油气资源开发的重要组成部分,具有安全、高效、经济等特点,被称为海上“生命线”。由于所处环境复杂,海底管道表面时常出现各类缺陷,这些缺陷可能引起管道结构极限承载能力的降低,易引发安全事故,导致巨大的经济损失和严重的环境污染。因此有必要及时对含缺陷管道的剩余极限强度进行评估,制定相应措施,在保证安全的同时,避免不必要的修复和更换,从而提升管道经济效益。本文结合理论分析、管道试验与有限元计算,对复合载荷下含凹槽、凹陷及组合缺陷海底管道的剩余极限强度开展研究,分析了不同载荷工况下各缺陷管道的极限承载能力。具体的研究工作包括:(1)以实际工程中的无缝钢管为研究对象,设计并开展了全尺寸管道四点弯曲试验。进行了纯弯作用以及内压和弯矩联合作用下管道的极限强度试验,分析了内压对于管道极限弯矩承载力的影响。在管道试件上分别制造了凹槽、凹陷、组合缺陷三种缺陷,探究了不同缺陷形式和缺陷位置对于管道剩余极限强度的影响效应。(2)采用ABAQUS对复合载荷下含缺陷海管的剩余极限强度进行了有限元计算,将计算得到的极限弯矩承载力、管道弯曲失效形式和弯曲过程中的弯矩-曲率关系与试验结果进行了对比分析,验证了所用有限元模型及方法的有效性。此外,还对凹陷和组合缺陷的制造过程进行了数值模拟,分析了缺陷形成过程中的回弹行为,通过与试验结果的对比验证回弹模型的有效性。(3)通过非线性有限元方法,分别对含不同类型缺陷的管道进行了参数敏感性分析。改变缺陷的长度、宽度、深度等因素,建立了管道的系列模型,控制不同的管道内部压力开展了系列有限元计算,得到了各模型在不同工况下的极限弯矩承载力。此后将各因素对管道剩余极限强度的影响效应进行了分析总结。研究对于准确评估海底管道剩余极限强度,有效评价受损海管适用性,提升管道安全和经济效益均具有积极意义。