海洋柔性立管在安装作业过程中受铺管船运动或海洋环境的影响,会受到张力、弯矩和水压等共同作用。随水深增加,抗拉铠装层屈曲失效已经成为柔性立管的主要失效破坏模式。那么,为了防止屈曲失效的发生和保证在实际安装作业过程中整体管线的力学响应在安全范围内,需要全面详细地研究柔性立管在轴对称载荷和弯曲载荷下的力学特性以及抗拉铠装层的屈曲失效机理。本文首先对柔性立管在轴对称载荷和弯曲载荷下的力学特性进行了理论说明,根据各层的受力特点和刚度方程,提出了一种将骨架层、内压防护层、压力铠装层和内抗磨层用一个等效层代替的方法,建立了一种将复杂管截面简单化的局部简化数值模型,并分别与解析模型和试验结果进行验证校核。其次,基于简化数值模型分析了柔性立管在轴对称载荷、弯曲载荷下的极限强度,研究了抗拉铠装层的屈曲失效机理,以及外部压力、摩擦系数等参数的影响。最后,基于局部柔性立管的力学特性和极限强度的研究结果,采用集中质量法建立了具有非线性弯曲刚度的整体柔性立管数值模型,研究了在铺管作业工况下沿管线的弯矩、有效张力以及曲率的分布情况,基于极限强度分析对铺管作业的安全性进行了说明,并分析了悬挂角、海床刚度以及海流速度等参数对整体柔性立管力学特性的敏感性影响。研究结果表明,简化数值模型能够很好地模拟柔性立管层间非线性接触等力学特性,同时求解结果准确,计算效率高,易收敛,是一种实用的数值模型。当发生轴向压缩失效,抗磨层和外保护层达到材料屈服强度时,内外抗拉铠装层出现分离间隙;当抗磨层和外保护层达到材料极限强度发生破坏时,内外抗拉铠装层分离间隙最大,管道失去轴向抗压缩能力。当发生轴向拉伸失效,内抗拉铠装层先达到材料屈服强度,立管抗拉刚度减小,外抗拉铠装层再达到材料屈服强度,导致管道抗拉刚度呈三段式变化。当发生弯曲作用时,开始阶段螺旋条带为粘滞接触,抗弯刚度较大;随后变为滑移接触,抗弯刚度有所变小;最终因条带过度滑移变形导致立管发生局部弯曲失效。同时,外部压力和摩擦系数对条带屈曲失效和立管极限强度有重要影响。整体分析可知,非线性弯曲刚度的柔性立管可以更好地顺应海洋环境,但悬挂点的张力和触地点的弯矩都很大,立管很容易发生局部屈曲破坏;悬挂角度、海床刚度和海流速度对整体管线的受力也有重要影响,铺管作业时应该合理选择铺管方案。