探究矩形混凝土水池在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化處理

李媛平

（中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司 甘肅蘭州 730030）

引言

構(gòu)筑物水池的建立所產(chǎn)生的各類費(fèi)用，普遍會(huì)占據(jù)到水務(wù)工程總體投入的六成以上，但就現(xiàn)如今我國(guó)的構(gòu)筑物水池結(jié)構(gòu)而言，由于缺乏實(shí)效性較高的計(jì)算軟件等，使得相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員只能以現(xiàn)存的規(guī)范為基礎(chǔ)，經(jīng)由對(duì)簡(jiǎn)略的構(gòu)件模型進(jìn)行人工計(jì)算的方式，實(shí)施具體的工程設(shè)計(jì)操作，無(wú)法確保所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及造價(jià)的合理性。

1 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

現(xiàn)如今存在的矩形水池設(shè)計(jì)方案針對(duì)腋角處理，普遍采用的為依照相應(yīng)《設(shè)計(jì)手冊(cè)》中具體內(nèi)容，于水池周邊的拐角處以及水池邊緣等位置，實(shí)施具體的腋角設(shè)計(jì)操作，并在實(shí)施構(gòu)造鋼筋配置操作時(shí)，擇選頂部、墻面以及底板的截面中存在鋼筋數(shù)量的一半作為具體的構(gòu)造鋼筋配置數(shù)量。同時(shí)，在實(shí)施具體施工時(shí)，基于腋角的影響，通常會(huì)優(yōu)先對(duì)相應(yīng)的模板實(shí)施切割操作，使其以多個(gè)條狀物體的形式存在，不利于節(jié)約資源，也大幅度提升了總體的資金投入[1]。

此外，基于腋角處的鋼筋設(shè)計(jì)密度普遍較大，且存在多種不同方向鋼筋相互交插的情況，致使針對(duì)腋角處的混凝土振搗以及下料操作無(wú)法有效實(shí)施，且倘若相關(guān)操作存在些許失誤，相應(yīng)位置就會(huì)產(chǎn)生漏石以及孔洞等問(wèn)題。通常情況下，在水池的轉(zhuǎn)角位置添加腋角只是一個(gè)簡(jiǎn)單的構(gòu)造操作，且在實(shí)施具體設(shè)計(jì)時(shí)，并未優(yōu)先對(duì)參與受力進(jìn)行分析，規(guī)范內(nèi)容中也缺乏有關(guān)的明確規(guī)定，使得角隅處的加腋操作是否存在必要性，成為了一個(gè)新的問(wèn)題。因此，相關(guān)人員便針對(duì)上述問(wèn)題實(shí)施了詳細(xì)的探討，并據(jù)探討結(jié)果顯示，在水池的轉(zhuǎn)角位置實(shí)施加腋操作，有助于提升空間配置的合理性。

2 水池角隅處受力的優(yōu)化研究

多數(shù)鋼筋混凝土矩形水池是基于平板單元組建而成的，其中的平板包括厚板以及薄板兩種，具體的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)是厚度以及其他兩個(gè)方向尺寸最小值的比值，是否比1/15大，倘若較大，擇選厚板；倘若較小，擇選薄板。依照上述原則進(jìn)行區(qū)分，那么水務(wù)工程中的多數(shù)矩形鋼筋混凝土水池為薄板單元構(gòu)件。就敞口水池而言，在對(duì)其角隅位置各個(gè)方向的彎矩分布進(jìn)行分析時(shí)，所應(yīng)用的為strat有限元分析軟件，有利于提升有限元分析操作的直觀性以及便捷性。其中的strat是擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自主開發(fā)有限元軟件，主要職能為對(duì)多種類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，例如其中平板結(jié)構(gòu)單元，可以對(duì)構(gòu)筑物實(shí)施有效分析[2]。

2.1 有限元模型的創(chuàng)設(shè)

以某水池為例，其尺寸為：長(zhǎng)20m；寬10m；高5m，為地上開口類型的水池，內(nèi)部蓄水。在創(chuàng)設(shè)完模型之后，需要實(shí)施單元?jiǎng)澐植僮鳎粚?duì)單元、材質(zhì)的屬性進(jìn)行定義；對(duì)約束條件以及墻壁的厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）在實(shí)施具體的地基模擬操作時(shí)，需要將土體經(jīng)由單一方向?qū)椈蛇M(jìn)行拉壓的功能模擬出來(lái)，以及將地基土對(duì)于水浮力以及內(nèi)水壓所存在作用的不同精確的模擬出來(lái)，使得內(nèi)水壓作用條件下，地基土可以良好支撐底板具有的彈性；水浮力作用條件下，地基土不參與工作。

（2）在實(shí)施具體的加載模擬操作時(shí)，需要對(duì)外部、內(nèi)部水的壓力以及外部土的壓力進(jìn)行模擬，并可以對(duì)隨高度指數(shù)變化的水荷載垂直表面壓力計(jì)算出來(lái)。

（3）在實(shí)施具體的內(nèi)外溫差模擬操作時(shí)，僅利用對(duì)某一荷載實(shí)施定義的方式，便可以對(duì)具備較高繁瑣性的內(nèi)外溫差荷載進(jìn)行有效加載。同時(shí)，應(yīng)用整體模型，可對(duì)具備較高繁瑣性的倉(cāng)、池溫度形內(nèi)力進(jìn)行有效計(jì)算。然后，在實(shí)施具體的季節(jié)溫差模擬操作時(shí)，需要利用對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行定義的方式，對(duì)季節(jié)性的整體溫度變化實(shí)施計(jì)算，再經(jīng)由對(duì)地彈簧進(jìn)行合理應(yīng)用的方式，模擬地基土約束結(jié)構(gòu)整體伸縮的作用。

（4）實(shí)施結(jié)果輸出操作。其中，經(jīng)由對(duì)限元模型計(jì)算結(jié)果實(shí)施的分析來(lái)看，水池中存在的最為顯著的變形為水池上部存在四角發(fā)生的水平變形以及池壁中央?yún)^(qū)域與底板相互連接位置發(fā)生的豎向變形?；谟?jì)算得知，在實(shí)施具體的矩形水池設(shè)計(jì)時(shí)，需要重點(diǎn)注意的環(huán)節(jié)是對(duì)水池的四個(gè)角隅位置，以及池壁中央?yún)^(qū)域與底邊相互連接的位置進(jìn)行的設(shè)計(jì)[3]。

2.2 基于不同高度比條件下，水池角隅位置的受力分布

在實(shí)施常規(guī)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)水平角隅位置處彎矩與池壁底部角隅位置處彎矩進(jìn)行的計(jì)算，需要以具體的規(guī)范內(nèi)容為主要依據(jù)，并應(yīng)注重對(duì)相應(yīng)《規(guī)范》以及《設(shè)計(jì)規(guī)范》加以有效利用。其中，水平角隅位置處的彎矩可表示為①：Mcx=mcq，依照《規(guī)程》6.1.3，倘若截面過(guò)程中壁厚保持不變，則mc=-0.104，將其帶入①中，可得Mcx=mcq=-130kN·m。水池壁最底部的彎矩可表示②：My=qH2B/6，將上述數(shù)值代入②可得出：My=q/6=208kN·m，經(jīng)由將上述有限元計(jì)算結(jié)果加以對(duì)比可以得出，水平角隅彎矩的規(guī)范取值以及池壁的豎向彎矩區(qū)域，可以良好滿足有限元計(jì)算彎矩最大位置的具體需求，基于此可以得知，依照規(guī)范對(duì)敞口水池實(shí)施計(jì)算，具備較高的可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了大幅度降低工程整體的資金投入量，就需要對(duì)矩形混凝土水池實(shí)施有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化處理，并將需要強(qiáng)化的角隅位置范圍分析出來(lái)，同時(shí)據(jù)上述計(jì)算可以得知，此類優(yōu)化設(shè)計(jì)具備較高的可靠性以及合理性，且有助于提升工程的施工安全性。

[1]黃海林，李金華，祝明橋.一邊固支三邊簡(jiǎn)支預(yù)制矩形肋底板混凝土雙向疊合板的簡(jiǎn)化彈性計(jì)算方法[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2017，34（01）：58～67.

[2]劉萬(wàn)里，黃太華.非對(duì)稱配筋鋼筋混凝土偏心受壓矩形構(gòu)件大小偏心破壞的理論判別方法[J].湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，26（06）：21～25.

[3]梁豐，劉瑛，唐陸健.預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固混凝土矩形偏壓柱力學(xué)性能影響因素分析及有限元模擬[J].工程建設(shè)，2017，49（09）：14～20.