浅谈钢管桁架结构在油田地面建设中的应用

闵晶晶

【摘 要】钢管桁架结构是钢管结构中的重要一种，是桁架结构采用钢管材料构成的一种结构形状，也称钢结构、管桁架、管结构等。随着钢管桁架结构理论不断地发展完善，并且广泛应用于钢管桁架大跨度结构中，其具有自重较轻，经济性能好，力学性能好等优点，钢管桁架结构不仅满足了结构稳定等工程设计要求，而且提高了建筑的综合使用效益。本文从实用角度出发，利用结构设计原理，重点分析了钢管桁架结构的特点以及在油田地面建设中的应用。

【关键词】钢管桁架;油田地面建设;应用

1钢管桁架結构的特点

（1）经济性能好

钢管桁架由于截面使用的是薄壁钢管，减轻自重而且经济性能增加。钢管桁架各钢管之间的连接采用的是焊接方法，不需要螺栓等多余的连接钢管桁架件，施工简单方便，节省钢材。而且钢管结构封闭，表面积小，钢管桁架无死角，节省了防腐和除尘等工序的费用。

（2）自重轻，强度高

钢管桁架空间管桁结构采用的是薄壁钢管，而且没有多余的螺栓连接钢管桁架件，钢材使用较少，质量较轻;钢管桁架钢管结构直径大且壁薄，并且其截面回转半径较大，抗压和抗扭性能较好，整体刚度较大。圆管是流线形，表钢管桁架面承受风荷载或者流体荷载时，荷载效应较其他截面形式较低，钢管桁架结构更为安全，且其连接简单方便，稳定性突出，在大跨度结构中钢管桁架稳定性很高。

（3）施工方面

由于在节点处各杆件直接焊接，所以施工简单、速度快，容易实现工期目标。并且由于钢管结构和槽钢、工字钢等材料相比和大气接触面积少，没有难以涂刷防锈漆的死角和凹槽，在除锈和维护方面比较方面。

（4）受力方面

与传统的开口截面钢桁架相比，钢管的管壁一般比较薄，能充分发挥材料的强度，钢管桁架结构截面材料绕中轴相对均匀分布，回转半径大，截面同时具有良好的抗压和抗弯扭承载能力及较大刚度，结构稳定性好，从而减少了构建的用钢量，特别是在由长细比控制的压杆及支撑系统中采用更为经济。

2钢管桁架结构在油田地面建设中的应用

2.1在管线跨越、道桥工程中的应用

油田输送油品和天然气的钢制管道不可避免的需要跨越一些河流和山谷，目前跨越形式多种多样，在简化结构、扩大跨度、改善抗风性能、使用高强度材料和新的施工技术等方面也不断地有新的发展。其中一类是管道不作为跨越中的受力构件，只是敷设于桥面，称之为桁架管桥，是一种空腹梁结构，利用结构上弦，再用两榀桁架组成三角形或矩形空腹梁，这样结构刚度大，稳定性好，适用于跨越中、小型河流。

2.2在工业厂房、仓库中的应用

油田废旧油管杆以及角钢等比较多，为了盘活资源，更好的实现节能创效工程，可以利用结构理念进行有效设计，创造出更好的服务于油田的工程，助推生产经营工作的良性运行。在油田建设中，当某工程屋面跨度较小时，屋面部分将桁架结构的外形设计成与弯矩图相似的形状，从而使桁架的弦杆受力均匀。当跨度较大时，利用桁架式拉杆拱来承担风荷载对弦杆产生的较大弯矩是较为经济的。在长庆油田诸多采油作业区料棚建设中，就是利用废旧油管杆修复后进行施工，顶部结构由两根上弦杆和一根下弦杆组成的三角形截面，所有杆件均采用油杆组成的空间桁架结构。这种三角形空间桁架结构属于单向受力结构，桁架的上弦增大了宽度后，使原平面桁架起控制作用的上弦杆件提高了稳定性，改善了结构的工作性能。

2.3在大跨度空间结构的应用

用结构概念分析，由于梁截面存在应变梯度，只有当构件是轴心受力时，材料利用率才可能增大，于是就出现了平面桁架，平面桁架可以理解成“掏空”的梁，将梁中多余材料去除，既经济，又降低自重;故桁架的上弦相应于梁的受压边，下弦相应于受拉钢筋。如果把这些平面外的支撑再连接成桁架，这样就使平面桁架变为平面交叉桁架，最后发展为空间网架。空间网架的材料利用率高，应力水平高，故在大跨度、大空间结构中广泛使用。在某采油厂采油作业区房屋建设中，其天井布置就采用了双层桁架梁与拱形桁架组合成交错结构体系，跨度为13米，长度27米。达到了传力明确、结构轻盈、实用美观的目的（如图1所示）。

2.4在配套工程中的运用

由于油田废旧油管杆使用便捷，在凉亭、广告牌、井站大门、简易工棚、货架、蔬菜大棚、拦油坝等（见图2）零星工程中多有运用，很大程度上助推了油田的效益性开发。在此只个别列举，实际生产中油田建设者可灵活运用材料并结合焊接技术建造出更加美观、实用的建筑物和构筑物。

3钢管桁架结构的不足及展望钢管桁架

3.1钢管桁架结构的不足

1）钢结构作为一个国家综合国力的体现，在近年来的应钢管桁架用不断增多。但是我国与欧美的一些国家相比，钢管结构的发展钢管桁架仍然有点落后，而且造型新颖的结构相对较少。

2）钢管桁架结构样式有待进一步设计美化。

3）大跨度空间管桁结构对承载力和稳定性的要求很高，设计中稍有差池，结构就会出现局部失稳或整体失稳的现象，最终导致结构的崩塌，造成严重的损失。近年来，国内外就钢结构的稳定性问题取得了较多的成果，但是仍需进一步研究。

3.2展望

近年来钢管桁架结构理论不断发展完善，并且广泛应用于大跨度结构中，且其具有自重较轻，经济性能好，力学性能好等优点，并且根据以往的工程实例可以看出大跨度结构钢管桁架具有良好的抗震性能。钢管桁架结构不仅满足了结构稳定性等工程设计要求，而且提高了建筑的综合使用效益。大跨度空间钢管桁架还有很广泛的应用前景值得进一步研究。

4结语

本文就钢管桁架结构的特点进行了探讨，特别对油田地面建设中钢管桁架结构的应用效果进行了分析，充分展现了在油田环境中的广泛应用前景。对于利用废旧油管杆制成的钢管桁架结构来说，目前大多是通过结构概念设计和定性分析来实现，节点刚度的研究及桁架整体变形的计算还不完善，需进一步进行研究。

参考文献：

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（作者单位：辽宁恒鑫源工程项目管理有限公司）