明钢管,即露天式压力钢管,由于承载机理明确、检修方便等特点,在实际工程中应用非常广泛。我国天湖、南山一级水电站和掌鸠河引水工程等都采用了地面式明钢管（文中简称为明钢管）作为输水管线。由于工程覆盖区域广和明钢管露天式的特点,难免受到不良地质条件的困扰,在涉及城市供水、输油、通信、供气的埋地管线领域,断层错动是被研究较多的问题。相比小管径的埋地钢制管道,用于发电或输水的高HD值明钢管在穿越断层时受到的威胁程度不亚于前者,明钢管遭遇断层错动时的安全可靠性亟待研究。另外近年来地震灾害日益频发,明钢管的抗震问题值得关注。本文针对断层错动和抗震两大问题,以有限元方法为主要手段,结合多个工程实例,从以下几个方面开展研究：（1）为揭示明钢管遭遇断层错动时的力学特性和破坏模式,基于明钢管典型布置形式、三维整体力学模型和断层错动的准确模拟,研究了明钢管在断层错动作用下各构件的工作性能和影响因素。结果表明,明钢管的各向位移呈现不同的分布规律,其中水平横向和铅直方向的位移与地基的位移保持一致,而轴向位移分布呈现分段式的特征。受断层错动的影响,明钢管主要构件如钢管、伸缩节和支座都存在破坏的可能性,其工作性能均值得重视。断层错动量和滑动支座摩擦系数的增大均会降低结构的安全稳定性,初始静载增大了滑动支座的抗滑力,考虑初始静载可以更真实的反映明钢管的力学特性。（2）基于明钢管适应断层错动的安全指标的探讨,为使明钢管结构安全通过活断层,提出了两种明钢管适应断层错动的优化方案—固定方案和滑移方案,并研究了各自的适用条件。结果表明,当各段钢管的轴向位移受水平横向和竖向断层错动分量的干扰较小时,钢管轴向不会出现集中大变形,变形指标得到满足。当断层错动量较小时,固定方案中铰支座支承的钢管不会出现应力集中,承载力指标得到满足。只有当上述两个条件均成立时,固定方案才是有效的。而滑移方案可以弱化固定方案中存在的问题,从提高钢管强度储备和降低伸缩节变形指标两个角度出发,滑移方案更有利于明钢管适应断层错动。（3）为研究上述两种优化方案对明钢管地震响应机制的影响,采用非线性动力时程分析方法,研究了采用两种方案优化后的明钢管地震作用效应和具体破坏模式,并积极探讨改善结构抗震性能的解决方式。结果表明,地震作用下采用固定方案优化的明钢管结构铰支座附近管壳强度储备不足,而滑移方案可以起到一定的减隔震作用,明钢管具有足够的强度安全储备,但该方案下明钢管存在侧向变形过大的问题。基于滑移方案设置滑动支座限位装置,可以将结构的强度和变形指标基本控制在安全范围以内,对明钢管同时适应断层错动和地震作用是有利的。（4）为研究行波效应对长轴线明钢管结构地震响应的影响,采用非线性动力时程分析方法进行结构动力计算。结果表明,支座的行波激励加剧相邻管段的相对运动,使伸缩节的变位增大。由于同一时刻各管段滑动支座和铰支座受到的激励不同,行波效应会增大各段钢管与滑动支座之间的相对位移。各管段滑动支座与铰支座的相对位移不仅由滑动支座适应,钢管也承担一部分,导致钢管轴向应力增大。上述影响在波速不大时（小于1000m/s）较显著,建议在该条件下考虑地震波行波效应的影响。（5）采用流固耦合方法实现了管道与水体之间相互作用的模拟,在此基础上研究了明钢管内部水体与管壳相互作用对结构动力特性和地震响应的影响机理。结果表明,管道的流固耦合模态与无水模态存在较大的差别,对明钢管这种薄壁管道而言,水体是结构动力特性不可忽略的影响因素。管壁动水压力对外部激励的频率和幅值非常敏感,共振频率所引起的动力压力可达到非共振频率的50倍左右。管壁动水压力在铰支座上部和镇墩进出口处较大,其分布与钢管的支承方式密切相关。附加质量法和流固耦合法计算得到的明钢管地震位移响应基本一致,管水之间的相互作用会增大钢管的加速度响应和铰支座附近管壁的应力集中程度,建议在明钢管抗震分析中逐步采用较为准确的流固耦合方法考虑水体。