随着世界各国对海洋资源的不断开采,使得海底电缆的需求量不断增加,对海底电缆敷设、保护和维护等相关技术提出了更高的要求。在建成海上油田并投产之后,需要在旧油田平台上安装新的电缆护管,电缆护管卡子的作用是将电缆护管固定在导管架上。本课题来源于中海油广东湛江分公司东方1-1气田一期调整开发工程——背负式卡子研制科研项目和国家自然科学基金项目——海洋桩基大型夹吊具夹持承载机理分析及实验研究。目的是为避免传统钢结构卡子在水下安装电缆护管拼接、对位、紧固困难等问题,降低水下风险,减少水下工作量,研制一种可轻便连接的新型立管卡子——背负式卡子,解决电缆护管或立管水下安装困难的问题。本文对背负式卡子结构形式及安装方法的国内外发展现状进行了综述,对背负式卡子装置设计中涉及的相关技术进行了介绍。借鉴国外相关产品的设计经验并结合国内实际情况,提出一种背负式卡子装置的总体设计方案。考虑背负式卡子装置水下工作受海洋环境载荷的作用,对背负式卡子装置在水下安装后的环境载荷进行了分析,研究环境载荷的影响因素,利用Morison方程这一经典理论确定了卡子装置的受载特点,为装置力学特性研究提供依据。针对张紧紧固后背负式卡子装置的复杂受力问题,结合卡子装置在海洋环境中的受力特点,建立了卡子装置水下力学分析模型,确定最小张紧预紧力,采用有限元仿真和理论分析方法对卡子关键部件进行了强度分析、对导管架进行了稳定性分析以及对紧固件进行疲劳寿命分析。研制了背负式卡子装置工程样机,设计背负式卡子实验装置,进行了背负式卡子结构稳定性及强度实验和摩擦系数测定实验,判断背负式卡子在海上工作的可靠性,验证了背负式卡子装置设计的正确性。加工制作出了12套背负式卡子产品,并已成功在海下导管架上安装使用,为海洋工程相关技术积累了经验。