摘要：随着管道运输事业的发展,长输天然气管道的里程和规模不断扩大,因此事故的风险也在不断增大。斜拉索跨越是长输管道穿越河流的常见方式之一,它往往是长输管道的咽喉,具有极其重要的作用,一旦发生事故,不仅影响油气田的开采和运输,而且还会严重污染环境,造成巨大的经济损失和社会影响。因此,为确保跨越管段安全运营,本文开展斜拉索管桥的相关研究。由于斜拉索跨越管桥是典型的非线性结构,本文采用更新的拉格朗日列式法(U. L. Formulation)对斜拉索管桥进行非线性有限元分析,并选用Newton-Raphson迭代法进行数值模拟计算。为验证编制的有限元程序语言的可行性,本文首先制作了斜拉索跨越管道桥的1/14缩尺模型,进行静态试验测试,从模型实验测试和有限元程序模拟的对比结果可以看出,管道位移以及应力的变化在两种方法中变化规律一致,结果吻合较好,可以进行后续的仿真模拟研究,实现了模型试验和软件模拟的有机结合及相互补充。随后以“中青线”涪江斜拉索跨越管道结构为研究对象,编写有限元计算程序,通过有限元模型分析计算,主要研究其在雪载(小雪、中雪、大雪和暴雪)、风载(3m/s、6m/s和20m/s)、水击和地震载荷作用下管桥上各点的位移以及应力应变。在静态分析中,管桥各点位移及应力随雪载荷和风载的增大而增大,位移最大值出现在跨中位置,应力较大位置出现在补偿器和边跨处；水击分析中,计算流速增量和激增压力等关键参数,采用反应谱分析方法,得出最大应力出现在左补偿器位置水平迎流侧,大小为195.66MPa；风致振动研究了亚临界范围内平均风速为2.67m/s时管桥的结构响应,分析得出该结构对风载荷的作用敏感,易产生涡激振动,应采取措施避免管桥因振动产生疲劳；地震模拟中采用时程响应法重现地震波作用下结构的振动响应,对比不同方向施加一维地震波对斜拉索管桥结构的影响,分析得出,在一定震级内,斜拉索管桥对横波载荷较为敏感,由于管桥结构为柔性系统,具有较强的抗震性能。参照相关规范的强度理论对斜拉索管桥进行校核,找出结构的薄弱环节,提出了改进措施,为在役其他斜拉索跨越管道结构的稳定运行提供依据。本文的研究结果不仅为今后斜拉索跨越管道结构的设计提供技术支持,而且为同类斜拉索跨越管道结构的安全运行提供了可靠的分析研究方法和相关数据。图41幅,表12个,参考文献70篇。