随着海洋油气开采不断向深海发展,工程中对立管系统有了更高的要求。钢悬链立管由于外形简单、易于建造安装,有较高的性价比,成为立管设计的首选,但其存在的问题是触地区域疲劳损伤严重,且随着水深的增加,对平台的负荷越来越大,因此在悬链线基础上发展出了缓波构型的钢悬链立管。缓波形钢悬链立管的工程应用较少,为保证立管工作的安全性,必须进行强度与疲劳等特性分析。此外,由于浮力材的添加,立管构型更加复杂,不同构型的钢悬链立管强度与疲劳等性能不同,这为缓波形钢悬链立管的设计带来很大不确定性,由于涉及到的参数众多且互相影响,由此引出了对立管构型优化问题的探讨。首先,本文基于时域方法与S-N曲线,采用OrcaFlex对简单钢悬链立管以及缓波形钢悬链立管进行对比分析,包括立管静态和动态强度、疲劳等方面,探讨缓波形钢悬链立管整体特性及优势。结果表明:缓波形钢悬链立管整体动态响应变化幅值较小,对平台运动以及慢漂具有更好的适应性;其疲劳危险点为立管顶部应力节下端、浮力材段和触地点;相对于简单悬链线立管,缓波形立管顶部以及触地点区域的疲劳性能得到显著改善,触地点疲劳寿命可提高近1个数量级。其次,探究不同设计参数对缓波形立管整体强度和疲劳特性的影响,结果表明:浮力材的位置、长度与密度对缓波形立管整体强度影响很大;水动力系数对立管整体疲劳寿命有较大影响,土体刚度和内流密度对触地点疲劳影响较大,应谨慎选取。在上述分析的基础上,本文探讨了缓波形立管的优化方法,基于遗传算法并采用不同的方案对立管构型进行优化设计。优化目标分别为最小化立管静态等效应力、最小化立管动态等效应力、最大化立管疲劳寿命,设计变量为立管各段长度以及浮力材的密度。优化结果表明:静态与动态强度优化使得立管对平台的负荷得到有效降低,且等效应力也有所降低,但没有起到提升立管疲劳寿命的作用;以疲劳作为目标的优化,其疲劳寿命得到了显著提高,同时优化后的立管也具有良好的动态强度性能,是最满足要求的优化方式。本文对缓波形钢悬链立管的强度、疲劳等关键特性进行了分析,并探索其构型的优化方法,对立管的设计分析工作具有一定的参考价值。