这(zhè)是(shì)一个矩形(xíng)水池计算软件,为了需要建(jiàn)造水池的工程师而诞生的。

1 荷载取值的问题(tí)
1.1 池内(nèi)水压力(lì)。池内水压(yā)作(zuò)为水池(chí)类构(gòu)筑物的主(zhǔ)要荷载。在设(shè)计过程(chéng)中,应当偏于安全的(de)按满(mǎn)水高度来计算(suàn)水压。这(zhè)是因(yīn)为:一(yī)方面使(shǐ)用过程中很可能由于值班人员疏忽或者存在(zài)液位计等部件(jiàn)失灵而造成(chéng)满池;另一方面今后(hòu)工艺上(shàng)有可能技术改造(zào)而超过原设计水位。池(chí)内水压荷载(zǎi)的取值大(dà)小对于挡水墙式浅(qiǎn)池的(de)下端(duān)弯矩(jǔ)影响较(jiào)大。
1.2 池外水浮力。当有地下水时,池(chí)壁外侧除考虑地下水(shuǐ)的压力外(wài),还应考虑地下水位以下(xià)的(de)土由于水(shuǐ)的浮力使土的有效重度(dù)降低而(ér)对土压力的(de)影(yǐng)响。同时,地下(xià)水对池体的浮托力也不容小视(shì)。由于地下水位未掌握好而(ér)引起结构选(xuǎn)型错误及抗浮(fú)不够等工程事故也时有发生。地(dì)质勘察报(bào)告所提(tí)供的(de)地下水位一(yī)般(bān)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(xià)水位标(biāo)高将(jiāng)无法被设计取用(yòng),或导(dǎo)致结构计(jì)算的失(shī)误。根(gēn)据实际情况,结合地(dì)方水文资(zī)料,确定一个合适的地下(xià)水位标高做设计地下水位,做到既保证使用阶段结构(gòu)安全和不利(lì)情况(kuàng)抗浮安全,又能降低工程造价(jià)双赢的目的(de)。笔者在设计黄骅港某水(shuǐ)厂设计大(dà)型清水(shuǐ)池时,遇到(dào)了地下(xià)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(guò)程(chéng)中,还存在有局部抗浮的问(wèn)题。设计过(guò)程中,覆土厚度增(zēng)加到1.5m还不能满(mǎn)足要(yào)求。这时(shí)候(hòu),考虑到是否考虑每年检修安排在(zài)冬季枯水位时,这样设计所采用的低地(dì)下水位标高就能保证正常生产、检(jiǎn)修,从而很好的解决(jué)了水池抗浮的问(wèn)题。
1.3 温、湿度作用。由于混凝土硬化过(guò)程中产生的水化热(rè)、工艺特殊要求以及季节(jiē)变化等,造成池(chí)壁产生膨胀或收缩。当变形受到约束时,在(zài)池体中产(chǎn)生(shēng)相应的的温(wēn)度和湿度(dù)变形(xíng)应力,很容易产生有害裂缝。设计时,对夏季应(yīng)考虑(lǜ)湿(shī)差作(zuò)用,对冬季应考虑温差作用。前(qián)者低温收缩(suō)与湿涨抵消,后者由于外(wài)界气温低,池壁中水分(fèn)向外(wài)移动,致使(shǐ)外侧湿度(dù)增(zēng)加。由于内外侧(cè)湿度(dù)相差不(bú)大,通常可以不考虑此时的湿(shī)差应力。但内外温差还在,冬季应考虑壁面温差应力。在工(gōng)程(chéng)设计中按规程提供的方(fāng)法计算。
2 水(shuǐ)池(chí)壁板边界条件的分析
池体结(jié)构一般由池(chí)壁(bì)、底(dǐ)板和顶(dǐng)盖(gài)(是否封(fēng)闭加盖由工艺需要决(jué)定(dìng))所组成。合理的选(xuǎn)择结构计算简图和计(jì)算公式才能(néng)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(de)假(jiǎ)定与(yǔ)实际(jì)情况相符。
当水池设有顶(dǐng)盖时,池壁(bì)顶(dǐng)端的(de)边界条件应(yīng)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(gāng)度的5倍以上时,可假设池壁(bì)顶端为铰支(zhī),否则(zé)应按(àn)弹(dàn)性固(gù)定计(jì)算。而(ér)开敞式水(shuǐ)池的池壁(bì)边界条件(jiàn)可假定(dìng)为三边(biān)支承,顶边自由的板(bǎn)。
比较两种边界(jiè)条件假定的内力计算结果,设置顶盖的(de)池壁所承受的弯矩要小很多。因此当采用顶盖(gài)结构有(yǒu)困难时,应尽可能从(cóng)池壁挑出走(zǒu)道板。走道板满足规程(chéng)要(yào)求(qiú)时,可以假定为不(bú)动铰(jiǎo)支承,否(fǒu)则可按照弹性支承计算。
池壁与底板整体(tǐ)浇筑(zhù)时(shí),也应根据两者的线刚度比确定池壁底端的边界条(tiáo)件。规程(chéng)中规定,底板(bǎn)的抗(kàng)弯刚度10倍于池壁的抗弯刚度就可(kě)以满足作为(wéi)嵌固(gù)端的要(yào)求。底板对池壁(bì)的嵌(qiàn)固作(zuò)用效应的程度与池壁高度有(yǒu)关,也与底(dǐ)板单(dān)位截条(tiáo)的弹性(xìng)特征有关,而底板单位截条的(de)弹性特(tè)征又与(yǔ)底板的(de)厚度、地(dì)基的基床系数有关,还与材料的弹性模量(liàng)有(yǒu)关。规程规定,当满足嵌(qiàn)固要求时,底(dǐ)板厚度(dù)选取为池壁厚度的1.2-1.5倍。当土质较好,比(bǐ)如密实性(xìng)土壤时采用(yòng)1.2倍池(chí)壁厚度(dù);当土质一般,比如(rú)中等密实性土壤时(shí),采用1.5倍池壁厚度(dù)。
3 底(dǐ)板内力计算模式的选择
3.1 对于池体容积小,短跨尺(chǐ)寸在6m以内时,计算底(dǐ)板(bǎn)内力可以按地基反力直线分(fèn)布计算。一般情况下,直接作用于底板上的池(chí)内水重和(hé)底(dǐ)板自重与它们(men)引起的(de)那部分(fèn)地基反(fǎn)力(lì)直接(jiē)抵消,而不产生弯曲应力。只有(yǒu)由池壁和池顶、支柱作用在底(dǐ)板上的力所引起的地(dì)基(jī)反力才(cái)会使底板产生弯曲(qǔ)应(yīng)力。当存在多格水池分(fèn)格(gé)盛水时(shí),地基反力(lì)可按(àn)照局(jú)部均布荷载下(xià)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(huò)板(bǎn)的跨(kuà)度较大,根据上一(yī)种计算模式,不(bú)考(kǎo)虑弹性地基上的地板在(zài)荷(hé)载(zǎi)作用下的(de)弹性变形(xíng),也不(bú)顾(gù)及地基土的弹性沉(chén)陷。底板跨中(zhōng)的最大弯矩(jǔ)等于(yú)简支(zhī)底板的跨(kuà)中弯矩加上池墙荷载底端(duān)的固端(duān)弯矩。按以上弯矩进行(háng)配筋,底板(bǎn)上(shàng)表面的配(pèi)筋很大,下(xià)表面(miàn)为构造配(pèi)筋。有时底板上(shàng)表面(miàn)的配筋往往达到让人无法接受(shòu)的程度(dù)。工程实际计算结果,底板的内力(弯矩)上(shàng)底板(bǎn)下表面内力大,配筋应该多,上(shàng)表面除(chú)在纵墙(qiáng)附(fù)近处可(kě)为构(gòu)造配(pèi)筋。因此,对于(yú)上(shàng)述情况设计(jì)时,应采取单位截条,将构筑物内外墙作为集(jí)中力(lì)按弹性地基梁进(jìn)行内(nèi)力分析(xī)。此时考虑地基(jī)变(biàn)形(xíng)影响,按文克(kè)尔假定或半无(wú)限弹性体假定计算,两者均可以查表或软件计(jì)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(jìn)可能采用采用HRB335和RRB400级钢筋。水(shuǐ)池各部位的钢筋间距(jù)应在100-250mm范围(wéi)内。如果钢(gāng)筋间距(jù)太密,会影响(xiǎng)混凝土振捣,而钢筋间距太(tài)大,容易产生(shēng)裂缝。
4.2 “暗梁(liáng)”、“暗柱”。现浇钢(gāng)筋混凝土水池最容(róng)易(yì)在角隅(yú)处(chù)出现裂缝,因此必须在池壁转角处、池壁与底(dǐ)板相(xiàng)交处设置“暗梁”、“暗柱(zhù)”。
敞口水池顶(dǐng)端也宜配置水平向加强钢筋(jīn)。根据规程第7.1.7条的规定要求(qiú),敞口水池在(zài)温差或地基变形作用下(xià)池(chí)壁顶端是结构(gòu)的(de)薄弱(ruò)点,宜设置暗(àn)梁,高度(dù)不得小于池壁厚(hòu)度,内(nèi)外侧各(gè)配置不(bú)小于3?准16的(de)受力水平钢筋(jīn)。
4.3 在水池四周设(shè)散水坡,防止(zhǐ)地(dì)面水(shuǐ)渗入引(yǐn)起地基不均匀沉降。北方地区的沉(chén)淀池(chí)等(děng)应做成封闭式(shì),以防冬季(jì)水池上部结冰,发生冻胀水池的(de)事故。