海底管道受到海底地形变化,海流冲刷以及挖沟埋设等因素作用,不可避免会地出现一定的悬空段即管跨。管跨的出现改变了结构的受力状态,容易发生涡激振动并引发疲劳破坏。相较于孤立的单跨,多跨管道在实际情况中更为常见。因此有必要对海底多跨管道的振动特性进行研究。本文使用数值模拟法,建立三维有限元模型,对平铺于海床上的海底多跨管道的管土作用和振动特性进行研究,主要研究内容可以总结为以下几个方面:(1)讨论了目前管土作用和管跨振动特性研究的主要方法。具体介绍了管土作用现有的经验计算方法,管跨振动特性研究的解析方法、半解析方法和目前规范中的计算管跨振动特性方法。(2)在理论和经验方法的基础上,使用数值模拟方法,运用ABAQUS软件建立三维多跨管土作用数值模型,讨论跨端土体长度的选取,计算得到合理的跨中和跨端处的管土作用关系即土体对管道的阻力位移曲线;并对影响管土作用的土壤参数,包括土壤的粘聚力、杨氏模量和密度等进行了敏感度分析。(3)建立单跨管道的振动特性模型,通过与规范计算结果对比验证说明有限元数值模拟计算方法分析管跨振动特性的合理性;探讨管跨振动特性的主要影响因素,包括边界条件、跨长、轴向力和腐蚀等,分别进行敏感性分析,为讨论多跨管道的振动特性打下基础。(4)在由三维有限元模型计算得到的管土作用关系和管跨振动特性有限元计算方法的基础上,建立多跨管道振动特性计算模型,讨论不同跨中土体长度和不同邻跨长度对管跨振动特性的影响,包括静态分析和模态分析两部分,得到管跨固有频率、模态应力等振动特性参数的变化趋势,为工程中的管跨处理施工提供指导性意见。本文中建立的三维连续的多跨管土作用数值模型,相较于单跨和二维模型,可以得到更接近实际的跨中和跨端处的管土作用关系,并且在多跨振动特性分析中考虑了轴向力和静挠度等因素的影响,具有一定的创新性。