矩形钢筋混凝土水池（共5篇）
矩形钢筋混凝土水池 篇1
1 荷载取值的问题
1.1 池内水压力。
池内水压作为水池类构筑物的主要荷载。在设计过程中,应当偏于安全的按满水高度来计算水压。这是因为:一方面使用过程中很可能由于值班人员疏忽或者存在液位计等部件失灵而造成满池;另一方面今后工艺上有可能技术改造而超过原设计水位。池内水压荷载的取值大小对于挡水墙式浅池的下端弯矩影响较大。
1.2 池外水浮力。
当有地下水时,池壁外侧除考虑地下水的压力外,还应考虑地下水位以下的土由于水的浮力使土的有效重度降低而对土压力的影响。同时,地下水对池体的浮托力也不容小视。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误及抗浮不够等工程事故也时有发生。地质勘察报告所提供的地下水位一般仅反映勘测期间的地下水位情况。如果详勘在当地枯水期进行,所提供的地下水位标高将无法被设计取用,或导致结构计算的失误。根据实际情况,结合地方水文资料,确定一个合适的地下水位标高做设计地下水位,做到既保证使用阶段结构安全和不利情况抗浮安全,又能降低工程造价双赢的目的。笔者在设计黄骅港某水厂设计大型清水池时,遇到了地下水位特别浅的问题。该水池采用无梁楼盖设计,在计算水池抗浮过程中,还存在有局部抗浮的问题。设计过程中,覆土厚度增加到1.5m还不能满足要求。这时候,考虑到是否考虑每年检修安排在冬季枯水位时,这样设计所采用的低地下水位标高就能保证正常生产、检修,从而很好的解决了水池抗浮的问题。
1.3 温、湿度作用。
由于混凝土硬化过程中产生的水化热、工艺特殊要求以及季节变化等,造成池壁产生膨胀或收缩。当变形受到约束时,在池体中产生相应的的温度和湿度变形应力,很容易产生有害裂缝。设计时,对夏季应考虑湿差作用,对冬季应考虑温差作用。前者低温收缩与湿涨抵消,后者由于外界气温低,池壁中水分向外移动,致使外侧湿度增加。由于内外侧湿度相差不大,通常可以不考虑此时的湿差应力。但内外温差还在,冬季应考虑壁面温差应力。在工程设计中按规程提供的方法计算。
2 水池壁板边界条件的分析
池体结构一般由池壁、底板和顶盖(是否封闭加盖由工艺需要决定)所组成。合理的选择结构计算简图和计算公式才能保证结构设计的准确、可靠。水池内力分析计算时,尽量做到边界条件的假定与实际情况相符。
当水池设有顶盖时,池壁顶端的边界条件应根据顶板与池壁的连接构造来确定。当池壁线刚度为顶板线刚度的5倍以上时,可假设池壁顶端为铰支,否则应按弹性固定计算。而开敞式水池的池壁边界条件可假定为三边支承,顶边自由的板。比较两种边界条件假定的内力计算结果,设置顶盖的池壁所承受的弯矩要小很多。因此当采用顶盖结构有困难时,应尽可能从池壁挑出走道板。走道板满足规程要求时,可以假定为不动铰支承,否则可按照弹性支承计算。池壁与底板整体浇筑时,也应根据两者的线刚度比确定池壁底端的边界条件。规程中规定,底板的抗弯刚度10倍于池壁的抗弯刚度就可以满足作为嵌固端的要求。底板对池壁的嵌固作用效应的程度与池壁高度有关,也与底板单位截条的弹性特征有关,而底板单位截条的弹性特征又与底板的厚度、地基的基床系数有关,还与材料的弹性模量有关。规程规定,当满足嵌固要求时,底板厚度选取为池壁厚度的1.2-1.5倍。当土质较好,比如密实性土壤时采用1.2倍池壁厚度;当土质一般,比如中等密实性土壤时,采用1.5倍池壁厚度。
3 底板内力计算模式的选择
3.1 对于池体容积小,短跨尺寸在6m以内时,计算底板内力可以按地基反力直线分布计算。
一般情况下,直接作用于底板上的池内水重和底板自重与它们引起的那部分地基反力直接抵消,而不产生弯曲应力。只有由池壁和池顶、支柱作用在底板上的力所引起的地基反力才会使底板产生弯曲应力。当存在多格水池分格盛水时,地基反力可按照局部均布荷载下的直线分布的原则计算。此时应分格满池最不利布置按照单向板或双向板进行静力结构计算。
3.2 当池底为软土地基或板的跨度较大,根据上一种计算模式,
不考虑弹性地基上的地板在荷载作用下的弹性变形,也不顾及地基土的弹性沉陷。底板跨中的最大弯矩等于简支底板的跨中弯矩加上池墙荷载底端的固端弯矩。按以上弯矩进行配筋,底板上表面的配筋很大,下表面为构造配筋。有时底板上表面的配筋往往达到让人无法接受的程度。工程实际计算结果,底板的内力(弯矩)上底板下表面内力大,配筋应该多,上表面除在纵墙附近处可为构造配筋。因此,对于上述情况设计时,应采取单位截条,将构筑物内外墙作为集中力按弹性地基梁进行内力分析。此时考虑地基变形影响,按文克尔假定或半无限弹性体假定计算,两者均可以查表或软件计算。
4 构造措施
4.1 池壁、底板的受力钢筋宜采用小直径钢筋和较密的间距,尽可能采用采用HRB335和RRB400级钢筋。
水池各部位的钢筋间距应在100-250mm范围内。如果钢筋间距太密,会影响混凝土振捣,而钢筋间距太大,容易产生裂缝。
4.2“暗梁”、“暗柱”。
现浇钢筋混凝土水池最容易在角隅处出现裂缝,因此必须在池壁转角处、池壁与底板相交处设置“暗梁”、“暗柱”。
敞口水池顶端也宜配置水平向加强钢筋。根据规程第7.1.7条的规定要求,敞口水池在温差或地基变形作用下池壁顶端是结构的薄弱点,宜设置暗梁,高度不得小于池壁厚度,内外侧各配置不小于3准16的受力水平钢筋。
4.3 在水池四周设散水坡,防止地面水渗入引起地基不均匀沉降。
北方地区的沉淀池等应做成封闭式,以防冬季水池上部结冰,发生冻胀水池的事故。
摘要：钢筋混凝土矩形水池作为常见的特种结构类型,被广范应用于工业与民用建筑的给水、污水、消防工程中。因此在满足水工艺要求的前提下,既保证今后的正常生产使用,又降低工程造价,是设计人员面临的主要任务。下面就设计中经常遇到的一些问题,提出几点看法。
关键词：矩形水池,设计,要点
参考文献
[1]CECS 138:2002给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]郭天木.贮水构筑物底板内力的合理计算[J].特种结构,2004,21(1).
探讨钢筋混凝土矩形水池结构设计 篇2
钢筋混凝土矩形水池作为特种结构, 被广范应用于工业与民用建筑的给水、消防、排污工程中。钢筋混凝土矩形水池 (以下简称水池) 池体结构一般由池壁、底板和顶盖 (是否封闭加盖由工艺需要决定) 所组成。水池按有无顶盖, 可分为无顶盖的开敞式池、有顶盖的封闭式池和带走道板的半封闭池;按安置方式, 可分为地上式、半地上式、地下式。
1 水池荷载的计算及内力组合中值得注意的问题
1.1 水池荷载分类及选用
1.1.1 池顶荷载对于有顶盖的封闭式水池, 应计算作用于池顶
板上的竖向荷载, 主要包括顶板自重、防水层重、覆土重、雪荷载和活荷载。雪荷载和活荷载不同时考虑。
1.1.2 池壁荷载作用在池壁上的荷载可分为池内水压力、池外土压力和地下水压力。
池内水压是水池承受的主要荷载之一, 一般偏安全地按满池来计算水压。一方面, 工艺上有可能挖掘潜力超过原设计水位:另一方面, 一旦误操作而造成满池时可保证结构的安全。对于地下式或半地下式水池, 土对池壁有侧压力, 侧压力通常用朗肯主动土压力理论计算。土的各参数可按岩土勘察报告所提供的实际数值取用。但在初步设计或缺乏资料时, 土的内摩擦角可取30, 土的重度可取18。当地面无堆载时, 地面活荷载可按1.5～2.0KN/m2考虑。
1.1.3 温、湿度荷载由于混凝土硬化过程中产生的水化热、工艺要求以及季节变化等, 造成池壁产生膨胀和收缩。
当变形受到约束时, 在池体中产生相应的温度或湿度应力。温度应力和湿度应力是导致混凝土池壁产生裂缝的主要原因, 对于冬夏季或早晚温、湿差大的地区, 温、湿度荷载计算是不可忽略的。温、湿度荷载所产生的内力计算是相当复杂的问题, 实际工程中。
1.2 荷载组合水池设计中通常考虑以下3种荷载组合:
(1) 池内水压+自重 (对应工况为:池内有水, 池外无土) (2) 池外土压+自重 (对应工况为:池内无水, 池外有土) (3) 池内水压+自重+温、湿度荷载第 (1) 组合为地上式水池的必需组合, 第 (1) 、 (2) 组合是半地上式水池和地下式水池的必需组合, 第 (3) 组合用于冬夏季或早晚温、湿差大的地区, 并且没采区任何保温措施的水池。
2 水池内力计算中值得注意的问题
水池的内力计算主要包括池壁内力计算和底板内力计算。不同边界条件和地基反力模型的选取, 对水池的内力计算结果有很大的影响, 下面分别谈一谈池壁和底板内力计算的方法及其中应注意的问题。
2.1 池壁的边界条件假定和内力计算
2.1.1 池壁的边界条件假定及应用:
(1) 开敞式水池池壁的边界条件可假定为三边固接、顶边自由的板。 (2) 有顶盖的封闭式水池池壁, 视其与顶板的连接情况, 池壁的边界条件可假定为三边固接、顶边铰接 (或弹性支承) 的板。当池壁与顶板整体连接, 且池壁线刚度为顶板线刚度的5倍以上时, 可假设池壁顶端为铰接, 否则为弹性支承。
2.2 底板内力计算
2.2.1 地基反力的分布规律及底板内力计算的常用方法
在地基反力作用下, 池底可视为简支于池壁上, 池壁间距对池底反力分布有影响, 图一表示当水池池壁和底板截面相同, 地基条件相同下, 改变池壁间距, 保持基底平均反力不变, 竖向位移与反力变化趋势图。当池壁间距小至使两邻池壁刚性角重叠时, 变形与反力比较均匀, 不计弯矩 (图一a) 。当池壁间距增大, 变形与反力的不均匀分布愈加显著 (图一b) , 甚至可能出现跨中反向挠曲引起与地基脱开现象, 反力向池壁下集中 (图一c) , 前者可以按地基反力为线性分布进行计算, 而后者弯矩的变化已不可忽视。
实际工程中, 常采用静力平衡法或考虑池底与地基相互作用的内力分析方法来计算水池底板内力。当使用静力平衡法计算时, 假定地基反力按线性分布, 只要求满足静力平衡条件, 乎略变形协调条件, 所以计算结果是相当近似的, 此法适用于计算池型小、容积小的小型水池, 是一种适宜手工计算的简便方法。当使用考虑池底与地基相互作用的内力分析方法时, 地基反力模型一般采用Winkler弹性地基模型 (Winkler弹性地基模型假设, 地基表面某点的沉降与其他点的压力无关, 把地基土体划分成许多竖直的土柱, 每条土柱可用一根独立的弹簧来代替, 如果在这种弹簧体系上施加荷载, 则每根弹簧所受的压力与该弹簧的变形成正比) , 这种模型主要是以模拟天然地基土在荷载作用下实际应力一应变关系从而比较准确地解决变形协调关系, 得到接近于实际的反力分布和变形规律, 但在求解过程中采用了数学解析法和数值计算法, 计算繁琐, 必需借助计算机进行数值计算。近年来, 一些专家借助于计算机分析, 给出了适合手算的Winkle r弹性地基上矩形水池的计算用表, 为设计人员用此法进行手工计算带来了方便。
3 重视水池的构造措施
矩形水池实际是空间结构体系, 其自身约束和外界条件的约束都十分复杂, 除了通过计算来满足水池的强度、稳定和裂缝宽度要求外, 更应该采用构造措施, 加强结构的整体刚度, 增强其防水、抗渗和耐冻性能, 所以必须重视水池的构造措施。在设计中应采用以下措施: (1) 为保证施工中捣制混凝土的质量, 避免渗水, 池壁和底板的厚度宜≥200mm。 (2) 池壁、底板的受力钢筋宜采用小直径钢筋和较密的间距, 对于直径≤10的钢筋采用HPB235级钢筋, 对于直径>12的钢筋采用HRB335级钢筋。 (3) 为保证池壁与池壁、池壁与底板为刚性连接, 避免应力集中, 增强连接处的抗裂性, 连接转角处应设457腋角, 并在腋角内配附加筋巾10@200。 (4) 采用合理的结构布置和围护措施, 在水池内外表面抹防水砂浆面层, 以减小温湿度对结构的影响, 并加强整体刚度及保温防寒。 (5) 在水池四周设散水坡, 防止地面水渗入引起地基不均匀沉降。
4 结语
上文分别从荷载计算及内力组合、内力计算、构造措施三个方面, 谈了水池结构设计时应该注意的细节问题。综上所述, 只有选取合理的结构方案, 假定边界条件时应尽量与实际情况相符合, 应用正确的结构计算简图和计算公式, 并结合水池这种特种结构的构造特点, 才能把钢筋混凝土矩形水池设计得更加可靠和经济。
摘要：本文探讨了水池结构设计的方法和特点, 从荷载计算及内力组合、内力计算、构造措施三个方面提出了设计中一些值得注意的问题.从而使钢筋混凝土矩形水池设计的更加可靠和经济, 供同行参考。
矩形钢筋混凝土水池 篇3
1 后浇带和施工缝处理的构造措施
根据现行规范[3]7.1.3条规定,水池伸缩缝的间距,根据水池的结构类别、地基类别和水池的工作条件等划分,一般为20～30 m,超过30 m均应设置伸缩缝。但在实际工程中30～40 m长度的水池较为常见,如设置伸缩缝,施工质量较难控制。其中地下式水池,正常使用时温差很小,一般采用后浇带的措施是合适的。
后浇带[4]一般设置在水池中部,宽1 m,处理方法如图1所示。两侧混凝土同时浇筑并养护6周,采用补偿收缩混凝土浇筑后浇带,使池体连接成整体。后浇带处的钢筋一般不截断,连续配置。
对于不能一次完成浇筑的水池侧壁,在施工中需留设施工缝,施工缝应设在池壁上,在选择施工缝位置时,应符合温度应力计算所选择的位置,钢筋在施工缝处贯通不断,施工缝的位置宜留在结构受剪力较小且便于施工的部位。对于水池池壁的施工缝位置宜留设在高出底板表面200～500 mm的竖壁上。施工缝处先后两期分期浇筑的混凝土间的结合要比一次浇筑的混凝土要差,故在施工缝处需加设企口同时在断面处采取埋设止水带或者外贴式止水带等措施,其中设置4 mm厚,200 mm宽钢板止水带,钢板接头用2-M5螺栓连接,如图2所示钢板止水带做法效果较好。
2 水平转角的加强构造措施
对于现浇钢筋混凝土矩形水池,因池壁和池壁,池壁和顶、底板之间采用刚性连接,为了避免在此处形成应力集中,通过设置腋角来改善其受力状态,抵抗角隅弯矩,增强连接处的抗裂性。腋角边宽同池壁厚度,腋角内配置斜筋的直径与池壁受力筋相同,具体做法如图3所示。
a.池底板处腋角加筋做法b.与池壁处腋角加筋做法其中(1)(2)号筋与对应的池壁,池底板钢筋相同
3 关于水池的防渗构造措施
1)在工程中应用较广泛的做法是限制水灰比和控制水泥用量,CECS138:2002规程[5]条文说明3.0.4中给出了详细的混凝土配合比要求。
2)池壁和底板的钢筋宜选用小直径的钢筋和较密的间距,其目的是更好的满足裂缝宽度的要求。但为了方便施工,钢筋的间距不宜小于100 mm。池壁采用双向配筋,最小厚度不宜小于200 mm。
3)混凝土中掺膨胀剂,从而适当补偿混凝土的收缩,提高混凝土的抗渗能力。
4)正常条件下均应设置1:2水泥砂浆内外壁抹灰。
4 结语
构造设计是钢筋混凝土水池设计重要的组成部分,随着结构计算软件的开发和应用用,理正工具箱和佳构STRAT等软件都具有了水池的计算功能,但如何确保计算结果与实际受力情况更加吻合,还必须借助构造设计达到,要实现水池设计的安全、可靠且经济,设计人员要对构造设计足够重视,并在设计图纸中有所体现,从而保证所设计的结构经济合理。
参考文献
[1] 王广驰.钢筋混凝土矩形水池构造设计[J].工程建设与设计.2008,(3)
[2] 王伏龙.钢筋混凝土矩形水池构造的几个问题[J].施工技术.1985,(3)
[3] GB50069-2002． 给水排水工程构筑物结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002
[4] GB50010-2002． 混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002
矩形水池的设计要点探索 篇4
地下式敞口水池是指池顶标高与地面一致或高出地面的高度不超过300mm无顶盖的水池类型。设计时主要考虑是池壁和底板内力计算。
(一) 设计思路。
一是初步确定池壁底端厚度及基础底板厚度;二是根据工艺需求及结构选型选定基础的宽度及伸出池壁以外悬挑宽度;三是按选定的池壁及基础截面验算稳定性;四是计算池壁和基础的内力及配筋, 并验算裂缝。
(二) 荷载分类。
水池设计可能出现的荷载:各部分的自重、池壁内外的压力、池底上的液体压力、地基反力、地下水浮力、地震作用、温度作用及产生的附加应力。
1. 池壁荷载。
作用在池壁上的荷载可分为池内水压力、池外土压力和地下水压力。
2. 池底荷载。
池底荷载指水池自重引起的地基反力或地下水浮力。当地基不是太软弱时, 可以测定由水池自重引起的地基反力为均匀分布。计算时可以采取水池总重除以池底面积。
3. 温、湿度荷载。
温度应力和湿度应力是导致混凝土池壁产生裂缝的主要原因, 设计上除采取构造措施外, 对于冬夏季或早晚温、湿差大的地区, 尚应考虑温、湿度荷载所产生的内力。
(三) 荷载组合。
水池强度计算时, 需考虑试水阶段和使用阶段。主要有四种荷载组合:一是结构自重+池内满水压力 (试水阶段) 。二是结构自重+内外液体压力 (有时无内液体压力) +外土压力+活荷载 (或雪荷载) 。三是结构自重+内液体压力+温差, 当冬季温差的绝对值大于夏季湿差的绝对值时该组合最不利。四是结构自重+内液体压力+湿差, 当夏季湿差的绝对值大于冬季温差的绝对值时该组合最不利。第1组合为基本组合, 第3、4组合用于冬夏季或早晚温、湿差大的地区, 并且没采区任何保温措施的水池。
(四) 矩形水池截面设计。
1. 水池基础设计。
钢筋混凝土水池基础一般采用筏板基础, 即水池的底板作为基础, 基础底板下铺设100厚C15素混凝土垫层。
根据地勘报告在设计说明中说明地基承载力特征值fak, 基础底面 (基础垫层底面) 进入持力层不小于300mm。如果地基土不满足设计承载力, 出现以下劣质地质时要对地基进行处理, 而不是加厚水池底板。一是地基土为软弱泥土, 含水率过高, 流动性较强;二是地基地下有较大的地下水;三是地基底下有软弱夹层。
2. 抗倾覆验算。
池内满水, 水池周围土压力为有利荷载时, 抗倾覆按下式验算:
式中:0.9———池壁和基础的自重分项系数;αwaB———GBK和GWK作用中心至A点的水平距离;MAP和MA———对A点的抗倾覆力矩和倾覆力矩。
3. 抗滑移验算。
当水池被贯通的伸缩缝分割成若干区段, 且采用分离式底板, 底板和池壁基础之间设有分离缝, 按下式验算池壁的抗滑移稳定性。
4. 抗裂验算。
水池计算, 若水池深度比较深, 池壁的弯距比较大, 则池壁配筋是以裂缝来控制, 而非以强度控制。对于一般不出现裂缝的池壁, 按δf=0.2mm取值, 配筋就以此大小起控制作用了。若水池深度比较浅时, 池壁的弯距比较小, 池壁配筋是以强度来控制, 裂缝一般能满足。
5. 池壁内力计算。
浅池池壁在内外水压及土压力作用下, 主要为竖向传力。
浅池池壁计算模型为:顶端自由、底端固定边界条件的悬臂构件计算模型。构造上保证底端有足够的嵌固力。
侧压力引起的M、V, 计算公式如下:
(1) 底端剪力:
(2) 底端弯矩:
浅池池壁配筋可采用14@200, 在距池底1/3高度处附加14@200的钢筋, 可以控制裂缝。水池顶端宜在内外两侧配置不少于3根的水平加强筋, 间距≤10cm, 直径不小于池壁受力筋且≥16mm。
(五) 基本构造要求。
1. 材料要求。
水池混凝土强度等级不小于C25, 水池外露时, 应考虑混凝土的抗冻等级。混凝土不得采用氯盐作为防冻、早强的掺合料。池壁、底板的受力钢筋宜采用小直径钢筋和较密的间距。受力钢筋每米宽度内不宜小于4根, 且不宜超过10根。钢筋采用HRB335和RRB400级钢筋。水池各部位的钢筋间距应在100~250mm范围内。钢筋混凝土水池的抗渗, 宜以混凝土本身的密实性满足抗渗要求。混凝土抗渗等级Si要满足以下要求:一是Hi/t (最大作用水头与混凝土壁、板厚度之比) <10, 抗渗等级采用S4;二是10≤Hi/t≤30, 抗渗等级采用S6;三是Hi/t>30, 抗渗等级采用S8。相应混凝土的骨料应选择良好级配;水灰比不应大于0.50。
2. 壁厚、底板厚度。
钢筋混凝土水池构筑物, 其壁厚不宜小于200mm, 壁厚b=h/10~1/15 (经验值) ;底板不宜小于300mm, 底板t=1.2~1.5b选取 (经验值) 。
3. 裂缝。
现浇钢筋混凝土水池最容易在角隅处出现裂缝, 因此需要在池壁转角处、池壁与底板相交处设置“暗梁”、“暗柱”。
4. 变形缝。
水池的变形缝 (伸缩缝和沉降缝) 应做成贯通式, 在同一剖面上连同顶板、底板一起断开。伸缩缝宽度≥20mm, 沉降缝宽度≥30mm。伸缩缝的设置:超过20米需设置伸缩缝。
5. 混凝土水池受力钢筋混凝土保护层最小厚度 (a, 单位mm) 所适应的构建类别及工作环境规定。
一是a≥30:适用于墙、板构件与水、土接触或处高温时;二是t≥35:适用于墙、板与污水接触, 梁、柱与水、土接触或处高温时;三是t≥40:适用于梁、柱与污水接触, 有垫层的下层筋基础、底板;四是t≥70:适用于无垫层的下层筋基础、底板。
二、结语
在进行市政水池设计的过程中, 只有根据场地条件、地勘资料、工艺要求, 选择正确而合理的结构形式, 建立正确的计算模型, 采取切合实际的构造措施, 才能设计出经济、合理、抗渗性能高的水池结构。
参考文献
[1].给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程.CECS138:2002
[2].给水排水工程构筑物结构设计规范.GB50069-2002
[3].混凝土结构设计规范.GB50010-2010
某矩形水池结构的有限元分析 篇5
水池是城市自来水厂、污水处理厂、生活用水设施中最为常见的特种构筑物之一[1,2]。多年来,在水池结构的设计计算中,作为贮水构筑物,水池的计算分析通常采用简化的方法,主要以静定分析法与倒楼盖法简化计算,或者按地基上薄板共同作用理论计算[3]。以上方法均是将组成结构的底板、池壁与地基分离为各自独立的结构单元分别进行力学分析,不能很好地模拟水池结构的实际工作状态。本文利用ANSYS软件对某典型水池进行了有限元分析,以期为实际工程提供参考。
1 工程实例与模型
某水池为雨水提升池和事故水池合二为一的大型矩形钢筋混凝土水池,其外形尺寸为:长90.8 m,宽60.8 m,池内净高度为3.8 m。其中事故水池的有效容积为11 000 m3,雨水提升池的有效容积为5 400 m3。水池平面与剖面布置图见图1。
在三维有限元分析时,水池的主梁、次梁和柱均采用梁单元beam 4模拟,顶板、隔板、底板以及池壁结构部分采用shell 63壳单元进行模拟,毛石混凝土垫层采用块体单元solid 45模拟。整个三维有限元模型共划分14 244个单元,11 656个节点。水池结构有限元模型见图2。
2 有限元计算结果与分析
针对结构特点和相关规范的要求,考虑3种荷载组合形式。工况1(闭水试验):池内贮水,池外无土;工况2(正常使用状态,池内贮水):结构自重,顶盖活荷,竖向土压,池外土压,池外水压,池内水压;工况3(正常使用状态,池内无水):结构自重,顶盖活荷,竖向土压,池外土压,池外水压。图3所示分别为闭水状态下水池结构沉降、底板沉降、池壁弯矩和底板弯矩云图。限于篇幅,其他工况不再一一列出。
由图3可以看出,最大沉降发生在顶板靠近纵向隔板与横隔板交界处,底板上的最大沉降发生在左侧与前端水池结构的交角处。对于结构内力,池壁和隔板部位的最大、最小弯矩发生在前端纵向池壁靠近水池结构的交角处,底板的最大弯矩发生在后端池壁靠近横隔板的部位,最小弯矩发生在左侧池壁与前段池壁的交角处。水池结构的变形和沉降较均匀,整个底板的弯矩分布也比较均匀。这与其他工况结果的规律相一致。表1列出了3种工况的有限元计算结果,均符合结构正常使用的标准。
3 结语
水池结构作为典型的空间结构,其受力情况较为复杂,目前国内外对水池结构与地基基础相互作用的研究还存在很多问题,在结构方案的选择时,应在满足工艺要求的前提下,做到布局合理,受力明确,以及安全、经济和实用。另外,场地应选在地基稳定、地质均匀的地区。总之,如何优化结构设计,在满足工艺要求的前提下,既要保证水池的正常使用,又要降低工程造价,是结构设计人员首先需要考虑的问题。
参考文献
[1]朱彦鹏,邹根生.特种结构[M].第3版.武汉:武汉理工大学出版社,2008.
[2]张飘.土建工程基础[M].北京:化学工业出版社,2004.