海洋油气资源开发的重心正逐步转向深海区域,作为深海石油开采的关键环节,深海管道铺设必须要不断取得技术上的突破。伴随着3000米深水起重铺管船“海洋石油201”的诞生,我国在管道铺设方面的作业深度有了一个质的提升,但是在与深海铺管相关配套装备的技术储备上却还存在着诸多欠缺,其中就包括了深水S型铺设中托管架的设计与分析技术。本文旨在为国内深海油气资源开发提供技术上的储备,从深海S型管道铺设关键设备之一托管架的工作原理出发,以管道线型设计理论为基础,探讨了与铺设能力有着紧密联系的托管架基本控制参数的设计方法,给出了托管架的基本设计与结构分析流程。以某深水S型托管架为原型,利用通用有限元软件ANSYS进行了静力条件下的托管架结构分析,从刚度与强度两个方面对托管架设计进行了验证。为弥补理论方法与数值分析在托管架设计分析中的一些不足之处,在水池试验与常规结构试验的基础之上,提出了利用子结构混合试验方法来进行托管架模型试验,以实现对多种荷载耦合作用下托管架结构的设计与运行验证。试验中采用六自由度运动模拟平台模拟铺管船运动,利用结构试验相似原理设计与加工了中大比尺托管架模型,对托管架设计实例进行了试验分析。最后,通过动力放大因子将试验研究结果返回到有限元模型,进行了等效动力条件下托管架安全性分析。本文工作对我国海洋管道深水铺设相关理论与技术发展具有一定的参考价值。