超長(zhǎng)水池溫度應(yīng)力分析及探討

齊璐

摘 要：本文結(jié)合工程實(shí)例，采用公式簡(jiǎn)化計(jì)算法、有限元簡(jiǎn)化計(jì)算法和有限元整體計(jì)算法，計(jì)算水池長(zhǎng)度、地基水平阻力系數(shù)Cx取值對(duì)超長(zhǎng)水池池體溫度應(yīng)力的影響。根據(jù)計(jì)算所得溫度應(yīng)力，通過(guò)提高混凝土的配筋率、嚴(yán)格執(zhí)行構(gòu)造和施工措施來(lái)降低溫度應(yīng)力的影響，從而適當(dāng)調(diào)整伸縮縫間距，并滿足裂縫控制要求。為優(yōu)化超長(zhǎng)水池的結(jié)構(gòu)方案提供理論和數(shù)值依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超長(zhǎng)混凝土水池;溫度應(yīng)力

1工程概況

某超大圓形水池，設(shè)計(jì)規(guī)模200000m3，占地1808.6m2;該水池為半埋式鋼筋混凝土圓形敞口水池.水池池壁的混凝土等級(jí)為C40，池底為C30.池體內(nèi)徑為48.0m，池高5.0m，高出地面1.5m，水池的平面和池底剖面如圖1所示。本文以該水池為例進(jìn)行研究。

2結(jié)構(gòu)方案及討論

該水池為超長(zhǎng)水池，根據(jù)伸縮間距的不同，可分為兩個(gè)方案，具體內(nèi)容如下：如果放寬伸縮縫間距至40m～45m，池體長(zhǎng)方向應(yīng)設(shè)置4道伸縮縫，寬度方向伸縮縫取消，則止水帶長(zhǎng)度為454.4m。

增加了更多的伸縮縫和橡膠止水帶的長(zhǎng)度，對(duì)于超長(zhǎng)池體，必然破壞了水池結(jié)構(gòu)整體性和對(duì)稱性，降低了水池使用的可靠性，增加了后期維護(hù)的難度。

伸縮縫和橡膠止水帶的長(zhǎng)度相較于方案一減少了759.6m，且寬度方向伸縮縫取消，避免了伸縮縫的交叉，整體性更好，方案更為合理。但是方案二伸縮縫間距超過(guò)規(guī)范限值的50%，溫度變化對(duì)池體結(jié)構(gòu)有著不可忽視的影響。需要對(duì)池體溫度應(yīng)力的分布進(jìn)行細(xì)致的分析，并通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行構(gòu)造和施工措施，來(lái)降低溫度應(yīng)力的影響，滿足超長(zhǎng)水池的裂縫控制要求。

3不同約束方式和地基阻力系數(shù)對(duì)水池池底的影響

本文的研究對(duì)象為超大圓形半埋式水池，圓形結(jié)構(gòu)在均勻受力時(shí)，受力結(jié)果會(huì)呈現(xiàn)均勻分布，所以本文沿半徑方向?qū)⒊氐椎确殖?份，共10個(gè)數(shù)據(jù)提取點(diǎn)，用來(lái)分析圓形水池在整體降溫25℃時(shí)，不同池底約束方式和地基阻力系數(shù)對(duì)水池池底彎矩的影響.

可以發(fā)現(xiàn)，池底的徑向和切向彎矩變化趨勢(shì)基本相同，當(dāng)池底約束狀態(tài)為全約束時(shí)，無(wú)相對(duì)變形和位移，故無(wú)徑向和切向彎矩的產(chǎn)生.而當(dāng)池底約束狀態(tài)為彈性約束時(shí)，在池壁與池底交接處0.4R（R為水池半徑）范圍內(nèi)，池底徑向和切向彎矩有顯著變化，均是由池底上部受拉逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄虏渴芾?在0.4R至池底中心范圍內(nèi)，溫度引起的變形很小，所以彎矩值中看出，地基水平阻力系數(shù)的改變對(duì)池底徑向和切向彎矩也有一定影響.當(dāng)?shù)鼗枇ο禂?shù)由0.03N/mm3減小到0.02N/mm3時(shí)，池底最大徑向彎矩由95.2N·m變?yōu)?0KN·m，下降了16%，最大切向彎矩則由24.2KN·m減小到20KN·m，降低了17%;當(dāng)?shù)鼗枇ο禂?shù)變?yōu)?.01N/mm3時(shí)池底最大徑向彎矩和切向彎矩分別下降了37%和35%。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)池底的約束作用由全約束變成彈性約束時(shí)，池底將會(huì)分擔(dān)一部分由降溫作用引起的彎矩;且地基阻力系數(shù)越小，池底彎矩值越小，所以改變池底的約束方式和減小地基阻力系數(shù)可有效降低池底因降溫作用引起的彎矩.

4圓形水池溫度應(yīng)力

圓形水池中引起的溫度應(yīng)力較復(fù)雜，除池壁存在壁面溫差外，架空池底也存在壁面溫差，溫度也不像矩形水池分布均勻。有限元模型采用殼單元模擬池壁和池底板，線單元模擬梁柱。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)某超大圓形半埋式水池采用有限元分析軟件SAP2000建立該水池的模型，分析了不同池底約束方式和不同地基阻力系數(shù)對(duì)水池溫度應(yīng)力的影響，得出以下結(jié)論：1）池底約束方式為彈性約束時(shí)，池壁的環(huán)向應(yīng)力和彎矩較全約束狀態(tài)下均有降低，由此說(shuō)明，池底約束程度的減小對(duì)池壁溫度的降低有積極作用。另外，減小地基阻力系數(shù)的值，可降低池壁的溫度應(yīng)力。2）對(duì)于水池池底，改變池底的約束方式可有效減小池底彎矩的值，從而降低溫度應(yīng)力，由池底彎矩對(duì)比圖可看出，彈性約束狀態(tài)下池底彎矩值比全約束狀態(tài)下小很多，而改變地基阻力系數(shù)的大小，對(duì)降低溫度應(yīng)力有一定作用。

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