海底管道是海上油气资源开发中必不可少的重要组成部分,是一种快捷、经济、可靠的运输方式,被称为海上油气田的“生命线”。海底管道在运行过程中,往往受到各种荷载的联合作用,主要包括内压、轴力和弯矩。目前部分已投入运行的海底管道已不同程度地出现了问题或者已进入中后期使用阶段,损伤失效率和油气泄漏事故正在逐渐增多。为了避免此类事故的发生,需要准确预测管道在各种联合荷载作用下的承载能力和变形能力,及时正确的决策管道是否需要维修或者更换。当管道受到滑坡、沉降、地震等土体运动影响时,管道的失效形式表现为以弯矩荷载为主引起的弯曲破坏,此时弯矩荷载成为管道设计的控制荷载。因此,研究在联合荷载作用下海底管道的弯曲破坏特性具有重要的理论意义和应用价值。本文的主要研究内容和成果如下：采用大连理工大学自主研发的管道复杂荷载试验机,开展了小径厚比管道在内压、轴力以及弯矩组合作用下的全尺寸试验研究,得到了管道的极限弯矩承载力、管道的弯矩—曲率发展过程、管道的破坏形式以及不同位置处的应变与弯矩关系等试验结果。并对试验设备、实际运行中可能承受的各种作用力的模拟、试验过程、试验步骤以及试验数据的处理进行了全面详细的叙述。在实验管道加工阶段,应用管道几何尺寸测量机获得了管道全断面的直径和管壁厚度数据,研究了制造偏差对管道极限弯矩承载力的影响。在Mohareb解析方法的基础上,考虑截面塑性区椭圆化变形的影响,发展了管道在内压、轴向力和弯矩联合作用下的极限弯矩承载力解析解,包括中性轴在管道的截面内和截面外两种情况。并应用C++语言编制了相应的求解管道极限弯矩荷载力的程序。在解析解推导的过程中,通过定义材料屈服后不同的广义模量,即应变强化模量和弹性模量,提出了管道在联合荷载作用下极限弯矩承载力的下限解析解和上限解析解。该解析方法不仅可以得到管道的极限弯矩承载力,还可以获得管道弯矩—曲率的发展过程以及在任意弯矩荷载作用下管道横截面的应力分布情况。采用本人和前人的试验结果、有限元计算结果对解析方法的精确性和合理性进行了详细的研究。具体包括用试验结果和有限元计算结果判别解析方法得到的极限弯矩承载力、弯矩—曲率发展过程的精确性,用有限元计算结果判别解析解得到管道横截面的应力分布的精确性。上述比较表明,试验和有限元计算得到的管道的极限弯矩承载力、弯矩—曲率发展过程以及管道横截面的应力分布趋势大都在理论推导得到的下限解析解和上限解析解之间。因此,验证可以采用本文发展的解析解来预测管道的承载能力和变形特性。采用解析方法研究了初始内压、初始轴力、管道径厚比、管道材料屈服强度、管道材料屈服后的广义模量、管道材料各向异性系数以及管道截面的椭圆化对管道极限弯矩承载力下限解析解和上限解析解的影响,得到了一些有益的结论。考虑到解析解求解过程繁琐,且计算过程需要非线性迭代的特点,因此基于参数分析结果并参考Mohareb解析解,提出了管道极限弯矩承载力的下限近似解和上限近似解,并采用试验结果对近似解的可靠性进行了验证。