钢纤维混凝土夹心管由于具有出色的抗压溃能力和一定的保温能力而成为未来深水油气集输的重要选项。由于混凝土芯材与钢管层对变形承载的差异,该类型管道在弯曲时容易发生混凝土芯材的拉伸开裂和压缩破碎,从而使其弯曲刚度发生变化。S型管道铺设作业中,当夹心管管道历经张紧器夹持、托管架上的拱弯以及离开托管架后的垂弯而铺入海床后,两个方向的弯曲必将使其芯材发生累积损伤从而改变其弯曲刚度。若想准确校核管道铺设过程中的钢管层强度,上述管材弯曲刚度变化需要在铺管分析中加以考虑,这就使夹心管管道变刚度铺设分析成为实际应用所需解决的关键问题之一。本文选用混凝土损伤塑性模型分析钢纤维混凝土夹芯层的强度特性。利用四点弯曲加载模拟夹心管纯弯曲变形的非弹性行为,建立钢纤维混凝土夹心管管材弯曲曲率与其弯曲刚度的非线性关系,结合铺管作业的弯曲历程,分别用对数函数和二次函数拟合正向弯曲与反向弯曲时管材刚度随曲率的变化。夹心管铺设研究方面,论文首先应用Orca Flex软件建模,定义管梁单元开展数值计算,在相同水深和托管架支撑条件下直接对比了变刚度与常刚度铺设分析结果的差异,充分论证了变刚度研究的必要性。在此基础上,开展夹心管管道变刚度铺设分析的理论研究。针对托管架上正向弯曲的管道段,类比多支座连续梁,利用传递矩阵法建立变刚度条件下的控制方程组,借助能量法求解出各托辊的支撑力,进而求得夹心管管道在托管架上的弯曲刚度变化结果以及各托辊之间夹心管管道的弯矩分布。对于夹心管管道在悬垂段时,本文在微元管段受力分析的基础上,建立起新的弯曲刚度与曲率非线性关联的控制方程组。在利用二次函数拟合管道刚度的基础上,得到含无量纲小参数的摄动微分方程,并解析求解出其外部解和内部解,进而通过迭代计算得到管道悬垂段的构形。500 m水深铺管算例的分析表明,本文提出的解析方法获得了与Orca Flex模型分析相近的结果,其有效性得到了验证。