淺談鋼管桁架結構在油田地面建設中的應用

閔晶晶

【摘 要】鋼管桁架結構是鋼管結構中的重要一種，是桁架結構采用鋼管材料構成的一種結構形狀，也稱鋼結構、管桁架、管結構等。隨著鋼管桁架結構理論不斷地發展完善，并且廣泛應用于鋼管桁架大跨度結構中，其具有自重較輕，經濟性能好，力學性能好等優點，鋼管桁架結構不僅滿足了結構穩定等工程設計要求，而且提高了建筑的綜合使用效益。本文從實用角度出發，利用結構設計原理，重點分析了鋼管桁架結構的特點以及在油田地面建設中的應用。

【關鍵詞】鋼管桁架;油田地面建設;應用

1鋼管桁架結構的特點

（1）經濟性能好

鋼管桁架由于截面使用的是薄壁鋼管，減輕自重而且經濟性能增加。鋼管桁架各鋼管之間的連接采用的是焊接方法，不需要螺栓等多余的連接鋼管桁架件，施工簡單方便，節省鋼材。而且鋼管結構封閉，表面積小，鋼管桁架無死角，節省了防腐和除塵等工序的費用。

（2）自重輕，強度高

鋼管桁架空間管桁結構采用的是薄壁鋼管，而且沒有多余的螺栓連接鋼管桁架件，鋼材使用較少，質量較輕;鋼管桁架鋼管結構直徑大且壁薄，并且其截面回轉半徑較大，抗壓和抗扭性能較好，整體剛度較大。圓管是流線形，表鋼管桁架面承受風荷載或者流體荷載時，荷載效應較其他截面形式較低，鋼管桁架結構更為安全，且其連接簡單方便，穩定性突出，在大跨度結構中鋼管桁架穩定性很高。

（3）施工方面

由于在節點處各桿件直接焊接，所以施工簡單、速度快，容易實現工期目標。并且由于鋼管結構和槽鋼、工字鋼等材料相比和大氣接觸面積少，沒有難以涂刷防銹漆的死角和凹槽，在除銹和維護方面比較方面。

（4）受力方面

與傳統的開口截面鋼桁架相比，鋼管的管壁一般比較薄，能充分發揮材料的強度，鋼管桁架結構截面材料繞中軸相對均勻分布，回轉半徑大，截面同時具有良好的抗壓和抗彎扭承載能力及較大剛度，結構穩定性好，從而減少了構建的用鋼量，特別是在由長細比控制的壓桿及支撐系統中采用更為經濟。

2鋼管桁架結構在油田地面建設中的應用

2.1在管線跨越、道橋工程中的應用

油田輸送油品和天然氣的鋼制管道不可避免的需要跨越一些河流和山谷，目前跨越形式多種多樣，在簡化結構、擴大跨度、改善抗風性能、使用高強度材料和新的施工技術等方面也不斷地有新的發展。其中一類是管道不作為跨越中的受力構件，只是敷設于橋面，稱之為桁架管橋，是一種空腹梁結構，利用結構上弦，再用兩榀桁架組成三角形或矩形空腹梁，這樣結構剛度大，穩定性好，適用于跨越中、小型河流。

2.2在工業廠房、倉庫中的應用

油田廢舊油管桿以及角鋼等比較多，為了盤活資源，更好的實現節能創效工程，可以利用結構理念進行有效設計，創造出更好的服務于油田的工程，助推生產經營工作的良性運行。在油田建設中，當某工程屋面跨度較小時，屋面部分將桁架結構的外形設計成與彎矩圖相似的形狀，從而使桁架的弦桿受力均勻。當跨度較大時，利用桁架式拉桿拱來承擔風荷載對弦桿產生的較大彎矩是較為經濟的。在長慶油田諸多采油作業區料棚建設中，就是利用廢舊油管桿修復后進行施工，頂部結構由兩根上弦桿和一根下弦桿組成的三角形截面，所有桿件均采用油桿組成的空間桁架結構。這種三角形空間桁架結構屬于單向受力結構，桁架的上弦增大了寬度后，使原平面桁架起控制作用的上弦桿件提高了穩定性，改善了結構的工作性能。

2.3在大跨度空間結構的應用

用結構概念分析，由于梁截面存在應變梯度，只有當構件是軸心受力時，材料利用率才可能增大，于是就出現了平面桁架，平面桁架可以理解成“掏空”的梁，將梁中多余材料去除，既經濟，又降低自重;故桁架的上弦相應于梁的受壓邊，下弦相應于受拉鋼筋。如果把這些平面外的支撐再連接成桁架，這樣就使平面桁架變為平面交叉桁架，最后發展為空間網架。空間網架的材料利用率高，應力水平高，故在大跨度、大空間結構中廣泛使用。在某采油廠采油作業區房屋建設中，其天井布置就采用了雙層桁架梁與拱形桁架組合成交錯結構體系，跨度為13米，長度27米。達到了傳力明確、結構輕盈、實用美觀的目的（如圖1所示）。

2.4在配套工程中的運用

由于油田廢舊油管桿使用便捷，在涼亭、廣告牌、井站大門、簡易工棚、貨架、蔬菜大棚、攔油壩等（見圖2）零星工程中多有運用，很大程度上助推了油田的效益性開發。在此只個別列舉，實際生產中油田建設者可靈活運用材料并結合焊接技術建造出更加美觀、實用的建筑物和構筑物。

3鋼管桁架結構的不足及展望鋼管桁架

3.1鋼管桁架結構的不足

1）鋼結構作為一個國家綜合國力的體現，在近年來的應鋼管桁架用不斷增多。但是我國與歐美的一些國家相比，鋼管結構的發展鋼管桁架仍然有點落后，而且造型新穎的結構相對較少。

2）鋼管桁架結構樣式有待進一步設計美化。

3）大跨度空間管桁結構對承載力和穩定性的要求很高，設計中稍有差池，結構就會出現局部失穩或整體失穩的現象，最終導致結構的崩塌，造成嚴重的損失。近年來，國內外就鋼結構的穩定性問題取得了較多的成果，但是仍需進一步研究。

3.2展望

近年來鋼管桁架結構理論不斷發展完善，并且廣泛應用于大跨度結構中，且其具有自重較輕，經濟性能好，力學性能好等優點，并且根據以往的工程實例可以看出大跨度結構鋼管桁架具有良好的抗震性能。鋼管桁架結構不僅滿足了結構穩定性等工程設計要求，而且提高了建筑的綜合使用效益。大跨度空間鋼管桁架還有很廣泛的應用前景值得進一步研究。

4結語

本文就鋼管桁架結構的特點進行了探討，特別對油田地面建設中鋼管桁架結構的應用效果進行了分析，充分展現了在油田環境中的廣泛應用前景。對于利用廢舊油管桿制成的鋼管桁架結構來說，目前大多是通過結構概念設計和定性分析來實現，節點剛度的研究及桁架整體變形的計算還不完善，需進一步進行研究。

參考文獻：

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（作者單位：遼寧恒鑫源工程項目管理有限公司）