高温对海洋工程结构设计的影响

乔晓国，杨 秘，刘 波，黄永锋，董宝辉，胡海峰

(1.海洋石油工程股份有限公司 设计院，天津 300451；2.中海石油(中国)有限公司 曹妃甸作业公司，天津 300461)

0 引 言

在海洋工程结构设计过程中考虑的载荷主要是自重、静水压力、风浪流载荷、地震载荷、设备工作载荷等。大部分海洋工程结构的环境温度介于-20～45 ℃，在这个范围内温度对结构设计的影响不明显。在结构设计规范中涉及温度的内容主要包括：低温会削弱钢材冲击韧性，低温区域的结构需要选用较高等级的钢材(如D/DH、E/EH、F/FH等)；高温会削弱钢材力学性能(包括屈服强度和弹性模量)，在对结构强度进行分析时需对高温区域钢材的屈服强度和弹性模量进行折减。在某些受热不均匀的结构(如管道、高温液舱的边界)处会产生热应力，正确考虑热应力的影响可优化结构设计并避免结构因强度不足而失效。另外，海洋工程钢结构的某些防腐涂层在高温下加速老化，随着结构变形逐渐出现裂纹，且高温还会使某些牺牲阳极失效，从而加速结构钢材的腐蚀。因此，在海洋工程结构物设计过程中高温的影响不能忽略。

1 高温对钢材力学性能的削弱

常用海洋工程结构钢材在常温下的弹性模量为206 GPa，屈服强度介于235～420 MPa，随着温度升高钢材的屈服强度和弹性模量均会逐渐降低。常用海洋工程设计规范对钢材屈服点和弹性模量随温度升高的折减有着不同的规定。

美国石油协会(API)的相关规范[1]指出，对于在经历高温环境后不允许有残余应变的结构，屈服点和弹性模量在100～600 ℃采用相同的折减趋势。……