淺談鋼管桁架結(jié)構(gòu)在油田地面建設(shè)中的應(yīng)用

閔晶晶

【摘 要】鋼管桁架結(jié)構(gòu)是鋼管結(jié)構(gòu)中的重要一種，是桁架結(jié)構(gòu)采用鋼管材料構(gòu)成的一種結(jié)構(gòu)形狀，也稱鋼結(jié)構(gòu)、管桁架、管結(jié)構(gòu)等。隨著鋼管桁架結(jié)構(gòu)理論不斷地發(fā)展完善，并且廣泛應(yīng)用于鋼管桁架大跨度結(jié)構(gòu)中，其具有自重較輕，經(jīng)濟(jì)性能好，力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，鋼管桁架結(jié)構(gòu)不僅滿足了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等工程設(shè)計(jì)要求，而且提高了建筑的綜合使用效益。本文從實(shí)用角度出發(fā)，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，重點(diǎn)分析了鋼管桁架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及在油田地面建設(shè)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】鋼管桁架;油田地面建設(shè);應(yīng)用

1鋼管桁架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)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(jiǎn)單方便，節(jié)省鋼材。而且鋼管結(jié)構(gòu)封閉，表面積小，鋼管桁架無(wú)死角，節(jié)省了防腐和除塵等工序的費(fèi)用。

（2）自重輕，強(qiáng)度高

鋼管桁架空間管桁結(jié)構(gòu)采用的是薄壁鋼管，而且沒(méi)有多余的螺栓連接鋼管桁架件，鋼材使用較少，質(zhì)量較輕;鋼管桁架鋼管結(jié)構(gòu)直徑大且壁薄，并且其截面回轉(zhuǎn)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(fēng)荷載或者流體荷載時(shí)，荷載效應(yīng)較其他截面形式較低，鋼管桁架結(jié)構(gòu)更為安全，且其連接簡(jiǎn)單方便，穩(wěn)定性突出，在大跨度結(jié)構(gòu)中鋼管桁架穩(wěn)定性很高。

（3）施工方面

由于在節(jié)點(diǎn)處各桿件直接焊接，所以施工簡(jiǎn)單、速度快，容易實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo)。并且由于鋼管結(jié)構(gòu)和槽鋼、工字鋼等材料相比和大氣接觸面積少，沒(méi)有難以涂刷防銹漆的死角和凹槽，在除銹和維護(hù)方面比較方面。

（4）受力方面

與傳統(tǒng)的開(kāi)口截面鋼桁架相比，鋼管的管壁一般比較薄，能充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度，鋼管桁架結(jié)構(gòu)截面材料繞中軸相對(duì)均勻分布，回轉(zhuǎn)半徑大，截面同時(shí)具有良好的抗壓和抗彎扭承載能力及較大剛度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，從而減少了構(gòu)建的用鋼量，特別是在由長(zhǎng)細(xì)比控制的壓桿及支撐系統(tǒng)中采用更為經(jīng)濟(jì)。

2鋼管桁架結(jié)構(gòu)在油田地面建設(shè)中的應(yīng)用

2.1在管線跨越、道橋工程中的應(yīng)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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、擴(kuò)大跨度、改善抗風(fēng)性能、使用高強(qiáng)度材料和新的施工技術(shù)等方面也不斷地有新的發(fā)展。其中一類是管道不作為跨越中的受力構(gòu)件，只是敷設(shè)于橋面，稱之為桁架管橋，是一種空腹梁結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)上弦，再用兩榀桁架組成三角形或矩形空腹梁，這樣結(jié)構(gòu)剛度大，穩(wěn)定性好，適用于跨越中、小型河流。

2.2在工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)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(shí)現(xiàn)節(jié)能創(chuàng)效工程，可以利用結(jié)構(gòu)理念進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出更好的服務(wù)于油田的工程，助推生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)工作的良性運(yùn)行。在油田建設(shè)中，當(dāng)某工程屋面跨度較小時(shí)，屋面部分將桁架結(jié)構(gòu)的外形設(shè)計(jì)成與彎矩圖相似的形狀，從而使桁架的弦桿受力均勻。當(dāng)跨度較大時(shí)，利用桁架式拉桿拱來(lái)承擔(dān)風(fēng)荷載對(duì)弦桿產(chǎn)生的較大彎矩是較為經(jīng)濟(jì)的。在長(zhǎng)慶油田諸多采油作業(yè)區(qū)料棚建設(shè)中，就是利用廢舊油管桿修復(fù)后進(jìn)行施工，頂部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。這種三角形空間桁架結(jié)構(gòu)屬于單向受力結(jié)構(gòu)，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(wěn)定性，改善了結(jié)構(gòu)的工作性能。

2.3在大跨度空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

用結(jié)構(gòu)概念分析，由于梁截面存在應(yīng)變梯度，只有當(dāng)構(gòu)件是軸心受力時(shí)，材料利用率才可能增大，于是就出現(xiàn)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(jīng)濟(jì)，又降低自重;故桁架的上弦相應(yīng)于梁的受壓邊，下弦相應(yīng)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?yōu)槠矫娼徊骅旒埽詈蟀l(fā)展為空間網(wǎng)架。空間網(wǎng)架的材料利用率高，應(yīng)力水平高，故在大跨度、大空間結(jié)構(gòu)中廣泛使用。在某采油廠采油作業(yè)區(qū)房屋建設(shè)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(cuò)結(jié)構(gòu)體系，跨度為13米，長(zhǎng)度27米。達(dá)到了傳力明確、結(jié)構(gòu)輕盈、實(shí)用美觀的目的（如圖1所示）。

2.4在配套工程中的運(yùn)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(jiǎn)易工棚、貨架、蔬菜大棚、攔油壩等（見(jiàn)圖2）零星工程中多有運(yùn)用，很大程度上助推了油田的效益性開(kāi)發(fā)。在此只個(gè)別列舉，實(shí)際生產(chǎn)中油田建設(shè)者可靈活運(yùn)用材料并結(jié)合焊接技術(shù)建造出更加美觀、實(shí)用的建筑物和構(gòu)筑物。

3鋼管桁架結(jié)構(gòu)的不足及展望鋼管桁架

3.1鋼管桁架結(jié)構(gòu)的不足

1）鋼結(jié)構(gòu)作為一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的體現(xiàn)，在近年來(lái)的應(yīng)鋼管桁架用不斷增多。但是我國(guó)與歐美的一些國(guó)家相比，鋼管結(jié)構(gòu)的發(fā)展鋼管桁架仍然有點(diǎn)落后，而且造型新穎的結(jié)構(gòu)相對(duì)較少。

2）鋼管桁架結(jié)構(gòu)樣式有待進(jìn)一步設(shè)計(jì)美化。

3）大跨度空間管桁結(jié)構(gòu)對(duì)承載力和穩(wěn)定性的要求很高，設(shè)計(jì)中稍有差池，結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)局部失穩(wěn)或整體失穩(wěn)的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的崩塌，造成嚴(yán)重的損失。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外就鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題取得了較多的成果，但是仍需進(jìn)一步研究。

3.2展望

近年來(lái)鋼管桁架結(jié)構(gòu)理論不斷發(fā)展完善，并且廣泛應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)中，且其具有自重較輕，經(jīng)濟(jì)性能好，力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，并且根據(jù)以往的工程實(shí)例可以看出大跨度結(jié)構(gòu)鋼管桁架具有良好的抗震性能。鋼管桁架結(jié)構(gòu)不僅滿足了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等工程設(shè)計(jì)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(yīng)用前景值得進(jìn)一步研究。

4結(jié)語(yǔ)

本文就鋼管桁架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行了探討，特別對(duì)油田地面建設(shè)中鋼管桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，充分展現(xiàn)了在油田環(huán)境中的廣泛應(yīng)用前景。對(duì)于利用廢舊油管桿制成的鋼管桁架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，目前大多是通過(guò)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)和定性分析來(lái)實(shí)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)剛度的研究及桁架整體變形的計(jì)算還不完善，需進(jìn)一步進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦文，陳小才.空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用[J].科學(xué)之友，2011（14）：37-38.

[2]黃江.大跨度管桁架承載力及穩(wěn)定性分析[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2012.

[3]吳耀華，吳文奇.鋼管在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用與發(fā)展[J].鋼結(jié)構(gòu)，2005，2（20）：50-51.

[4]白龍.大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的幾種選型對(duì)比和改進(jìn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2014.

（作者單位：遼寧恒鑫源工程項(xiàng)目管理有限公司）