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      水解酸化水池結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化設(shè)計(jì)

      2019-07-22 01:56:30張劉平
      商品與質(zhì)量 2019年50期
      關(guān)鍵詞:壁柱托梁扶壁

      張劉平

      南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 江蘇南京 210008

      隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,水環(huán)境質(zhì)量下降是我國(guó)新世紀(jì)城市發(fā)展過(guò)程中亟待解決的重大問(wèn)題。城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷的推進(jìn),城市污水處理規(guī)模也不斷擴(kuò)大,處理要求也在不斷提高。水池作為污水處理的主要構(gòu)筑物,在處理工藝不段革新的前提下,對(duì)水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的要求和挑戰(zhàn)。本文結(jié)合-污水處理廠的水解酸化池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),介紹了一種新型結(jié)構(gòu)受力形式——預(yù)應(yīng)力中間托梁兼做壁板扶壁柱支點(diǎn),以達(dá)到安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)理念。

      1 工程概況

      本工程為污水提標(biāo)改造工程,設(shè)計(jì)二期工程規(guī)模0.8萬(wàn)m3/d(0.2萬(wàn)m3/d機(jī)電產(chǎn)業(yè)園企業(yè)預(yù)處理后生產(chǎn)廢水,0.6萬(wàn)m3/d一般工業(yè)污水和生活污水)。根據(jù)工藝設(shè)計(jì),水解酸化池規(guī)模8000m3/d,結(jié)構(gòu)尺寸:L×B×H=38×38.4×8.1m(有效水深7.0m)。

      本工程水解酸化池為升流式復(fù)合水解酸化池,通過(guò)布水孔的出水,具有一定的上升流速?gòu)南虏肯蛏线\(yùn)行,以達(dá)到與池內(nèi)高效微生物菌劑污泥的充分混合目的;水池中間設(shè)有固定床平板填料以過(guò)濾水體,達(dá)到清潔作用,濾料下部采用托梁支撐,局部設(shè)柱子。

      2 方案設(shè)計(jì)

      根據(jù)工藝條件水池壁板高8.1m,長(zhǎng)17.35m,根據(jù)《給水排水工程鋼筋凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》(CECS138:2002),在內(nèi)水壓力作用下,按單塊板計(jì)算,壁板下端彎矩設(shè)計(jì)值為515.6kN×m,下端壁板厚度則需650mm-750mm,且配筋很大;底板視為壁板的固定支撐時(shí),底板厚度必須大于池壁,可根據(jù)土質(zhì)情況取1.2-1.5倍池壁厚度[1],則底板厚度需做到780mm以上,導(dǎo)致整體混凝土用量很大。另外,該水池為地上敞口水池,池體整體長(zhǎng)度為34.7m,超過(guò)規(guī)范這類水池不設(shè)縫要求的20m,為超長(zhǎng)水池,不利于抗裂設(shè)計(jì),配筋很大,且不經(jīng)濟(jì)。

      優(yōu)化方案考慮:當(dāng)水池較長(zhǎng)、壁板下端彎矩較大時(shí),可考慮采用扶壁式擋水墻方案。根據(jù)《給水排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第二版),壁板按支于扶壁上的單向連續(xù)板計(jì)算,每隔4.2m設(shè)一道扶壁,則每段壁板寬4.2m,高8.1m,計(jì)算得壁板下端的設(shè)計(jì)值My=-75.1kN,兩側(cè)壁板彎矩為Mx=-68.8kN,水池壁板厚度可取350mm,底板厚度可取500mm。扶壁按固支于底板上的懸臂梁計(jì)算,根據(jù)《給水排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第二版)按下列公式(1)計(jì)算得扶壁下端彎矩設(shè)計(jì)值為M=3959kN,可見(jiàn)彎矩很大,導(dǎo)致扶壁下端斷面很大,配筋很大。

      L-扶壁間距;

      HB-扶壁高度;

      考慮水解酸池中間標(biāo)高4.0m處有一層水平托梁,托梁可以作為扶壁柱的的一個(gè)支點(diǎn),扶壁柱可按中間有支撐的梁計(jì)算,承受壁板傳來(lái)的水平力,通過(guò)平面剛桁架模型計(jì)算得扶壁柱底端彎矩設(shè)計(jì)值為M=848.6kN,彎矩減小到上一方案的21.4%.可見(jiàn)增加支點(diǎn),對(duì)減小扶壁彎矩作用很明顯。但是通過(guò)計(jì)算,此時(shí)梁承受水平拉力為Fl=766.26kN,根據(jù)《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50069-2002)[1]按下列公式(2)計(jì)算梁的配筋和截面。

      c-最外層縱向受拉鋼筋的混凝土凈保護(hù)層厚度(mm);

      ES-鋼筋的彈性模量(N/mm2);

      d-縱向受拉鋼筋直徑(mm);

      根據(jù)計(jì)算結(jié)果若按普通鋼筋進(jìn)行配筋,粱斷面很大、鋼筋很多,且結(jié)構(gòu)整體不是很合理。根據(jù)受力形式進(jìn)行改善,選用預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行優(yōu)化。在主梁內(nèi)設(shè)置7根?5預(yù)應(yīng)力鋼筋以抵消水平拉力,如下圖1所示。

      圖1 預(yù)應(yīng)力梁示意圖

      本工程通過(guò)利用中間濾料的托梁作為壁板扶壁的支撐梁,使整體受力更合理,壁板可減小到350mm,底板可設(shè)置為500mm,扶壁柱可設(shè)置為500mm×1000mm;通過(guò)托梁內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋,使梁受力滿足設(shè)計(jì)要求,托梁截面可優(yōu)化為300mm×500mm??梢?jiàn)通過(guò)優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)受力形式,減小了水池壁板、底板和中間托梁截面,減小了混凝土和配筋用量,節(jié)約工程投資。

      3 結(jié)語(yǔ)

      本工程結(jié)合水池使用要求,優(yōu)化水池結(jié)構(gòu)形式,通過(guò)設(shè)置中間預(yù)應(yīng)力托梁滿足工藝要求(承托斜管或填料)的前提下,又兼做池壁的支撐點(diǎn),與池壁整體受力,減小水池壁側(cè)向力,優(yōu)化了水池整體受力形式;再者,中間托梁通過(guò)設(shè)置預(yù)應(yīng)力,充分發(fā)揮了材料性能,提升了結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性與耐久性;從而,達(dá)到技術(shù)先進(jìn),節(jié)省材料,經(jīng)濟(jì)實(shí)用的效果[3]。

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