高溫對海洋工程結構設計的影響

喬曉國，楊 秘，劉 波，黃永鋒，董寶輝，胡海峰

(1.海洋石油工程股份有限公司 設計院，天津 300451；2.中海石油(中國)有限公司 曹妃甸作業公司，天津 300461)

0 引 言

在海洋工程結構設計過程中考慮的載荷主要是自重、靜水壓力、風浪流載荷、地震載荷、設備工作載荷等。大部分海洋工程結構的環境溫度介于-20～45 ℃，在這個范圍內溫度對結構設計的影響不明顯。在結構設計規范中涉及溫度的內容主要包括：低溫會削弱鋼材沖擊韌性，低溫區域的結構需要選用較高等級的鋼材(如D/DH、E/EH、F/FH等)；高溫會削弱鋼材力學性能(包括屈服強度和彈性模量)，在對結構強度進行分析時需對高溫區域鋼材的屈服強度和彈性模量進行折減。在某些受熱不均勻的結構(如管道、高溫液艙的邊界)處會產生熱應力，正確考慮熱應力的影響可優化結構設計并避免結構因強度不足而失效。另外，海洋工程鋼結構的某些防腐涂層在高溫下加速老化，隨著結構變形逐漸出現裂紋，且高溫還會使某些犧牲陽極失效，從而加速結構鋼材的腐蝕。因此，在海洋工程結構物設計過程中高溫的影響不能忽略。

1 高溫對鋼材力學性能的削弱

常用海洋工程結構鋼材在常溫下的彈性模量為206 GPa，屈服強度介于235～420 MPa，隨著溫度升高鋼材的屈服強度和彈性模量均會逐漸降低。常用海洋工程設計規范對鋼材屈服點和彈性模量隨溫度升高的折減有著不同的規定。

美國石油協會(API)的相關規范[1]指出，對于在經歷高溫環境后不允許有殘余應變的結構，屈服點和彈性模量在100～600 ℃采用相同的折減趨勢。……