顶张式立管是连接海底井口和浮式平台进行油气输送的关键装备。平台与立管之间通过张紧器连接，以补偿平台的升沉运动和避免立管因张力不足发生屈曲。国内外学者在研究顶张式立管的自由振动、受迫振动和参激振动等问题时，普遍将张紧器系统简化为恒定集中力、线性弹簧或非线性弹簧，难以充分体现张紧器的复杂张力特性。随着海洋油气开发向深海发展，张紧器的张力和冲程越来越大，准确模拟张紧器的张力变化更加重要。目前，国外已经针对液压气动式张紧器开展了一定的研究，然而我国尚无独立设计、制造和应用的工程案例，加快液压气动式张紧器的研究和国产化步伐具有重要意义。基于此，本文旨在建立更加准确的液压气动张紧器的张力计算模型，并进一步研究顶张式立管的动力响应特性。
　　首先，根据液压气动式张紧器的结构特点，对液压气动式张紧器的各组成结构进行受力分析，建立更加完善的张紧器液压气动系统的张力计算模型，所建立的模型考虑了张紧器中的摩擦、活塞和活塞杆的质量、油管内的压力损失以及液压油的压缩性等因素;将详细模型简化为工程中广泛应用的简化模型，并将两类模型进行对比研究;基于所建立的详细模型，对液压气动系统中的张力组成进行分析和研究，并对张紧器的关键设计参数进行敏感性分析;基于敏感性分析结果，提出张紧器初步设计的基本流程。
　　其次，基于所建立的张紧器张力计算模型，建立顶张式立管的动力响应控制方程，并通过与文献中的实验结果对比验证模型的正确性;对带液压气动式张紧器的顶张式立管的固有振动特性、受迫振动和参激振动开展研究;对比分析了在本文建立的详细模型和传统简化模型下以及不同的张紧器结构参数下，顶张式立管在固有振动频率、动力响应和参激稳定性方面的差异和影响。
　　最后，综合考虑浮式平台-张紧器-立管之间的运动关系、液压气柱的非线性张力特性、立管的真实截面布置以及采油树的作用，建立更加符合工程实际的三维有限元模型，并通过与文献中的实验结果对比验证了模型的正确性。基于该模型，研究了不同张紧器模型下立管的动力响应、张紧器结构参数对立管动力响应的影响、平台运动对立管动力响应的影响以及张紧器失效下立管的动力响应。
　　研究结果表明，由于忽略了一些造成张力损失的因素，传统的张紧器简化模型实际上过高评估了张紧器的张力，由此造成立管动力响应、稳定性、强度等评估结果的偏差。为了获得更准确的立管响应结果，应建立更加完善的张紧器张力计算模型并充分考虑浮式平台-张紧器-立管之间的运动关系。