带中心支柱圆形水池的结构设计.pdf

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第3期
广东土木与建筑
No3
200年3月
GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING
MAR 200
带中心支柱圆形水池的结构设计
史红福1李涛2
(1、广州市市政エ程设计研究院广州510060;2、佛山市佛利建设エ程有限公司广东佛山528000)
摘要:通过对某污水处理厂エ程中遇到的带中心支柱圆形水池结构的内力分析,介绍了该类型水池结构的内
カ计算方法,并通过运用 matlab编程计算、从根本上改进了以往查表后计算内カ的工作,提高了计算精度
关词:中心支柱;国形水池;内力计算;结构设计
量;h为池壁厚;R为圆形水池半径。
1工程况
求解式(1)可得出顶端自由、底端固定的池壁,在
轴对称线性分布荷载作用下的环向拉力D。、竖向
惠州市第五污水处理厂位于惠州市小金口镇金弯矩M、剪力V分别采用下式计算
源工业区内,总占地面积约3.8公顷,总设计污水处Da= HNEPR M=kpPV= k Ne PH(2)(4)
理能力为5x10m3/d,其主要功能是解决该镇中心2.2带中心支柱圆形板
区、金口工业区、金源工业区以及汤泉片区东北范围
周边固结带中心支柱圆形板在均布荷载作用下
内的生活污水及部分工业污水。本工程沉淀池采用的弯矩公式为
带中心支柱的圆形水池,建筑类别为乙类,防火等级
M、=-タ-(3+ッ)p2-(1+レ)(1+B2)-(1-v)9
为一级,安全等级为二级,设计使用年限为50年。
该厂共设有2座沉淀池,内径均为24.5m,池壁82(1-B2)2+(1-B4)InB
B+4in
净高4.95m,池壁厚400mm并设500500腋角,为p(1-2)-48(InB)2(1-92)2-462(ny)2(1
抵抗浮力,底板厚度取800mm,池深为2.93m,中心B2)(1+Inp+vInp)+(1+v)B1nB]3
区设有1个2400圆柱并设50Ox500腋角,混凝土
ME
16
1(1+3v)p2-(1+v)(1+B2)ー(1-v)
强度等级为C25,抗渗等级为S8,抗震设防烈度为6
度,果用现浇钢筋混凝土结构。本文根据弹性理论23-2+(1-/ln-(1-3+41nar[(1
的基本假定,分别建立池壁及底板平衡微分方程、利2(1-02)2-402(n)2(1-02)-42(InO)2
用各自边界约束条件确定微分方程中待定积分常数。B2)(v+Inp+vlnp)+(1+v)BTnB]}
根据节点计算理论-变位法对节点进行刚度分配,式中:R为板的支承半径;r为中心支柱的半径;x为
从而求得底板及壁板内力,与査表计算结果进行比计算点离圆心的距离;p为计算点的相对半径,p=
较,从而验证了该法的精确性,同时也为结构有限元x/R;B=r/R。
软件的开发奠定了基础。
3内力分析计算
2计算原理
3.1圆柱売内力计算
2.1圆柱壳
本工程位于广东省惠州市,忽略季节温差和壁
柱壳在轴对称荷载作用下弹性曲面基本微分方面温差的影响,池壁荷载组合共有2个工.况:①水
程为:
压;②土压+地下水压力。经初步分析计算,池壁在
(dfo)/(dx)+42o=(P、/D)(1)
工况①的荷載作用下内力较大,在此仅计算此时的
圆柱壳的弹性特征值为
池壁内力。
え=VEh/(4DR2
把p=49.5kN,R=12.7m,E=2.8x10N/mm2,b=
式中:D为圆柱壳的抗弯刚度;E为混凝土弹性模0.4m代入公式(2)-(4中,用 matlab编程计算,分别求
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20070年3月第3期
史红福等:带中心支柱圓形水池的结构设计
MAR 2007
出池壁的环向拉力Na、竖向弯10
矩M、剪力V随x/H的变化B
曲线,如图1所示,其中x为从6
D4
池壁顶到计算面的高度。
04
02
从图1中可以明显看出N
00
MKN m)
M、W、均随x/H的变化而不6数.2)?-0D3a9カD.m
同,其中N随x/H的增大先増
(a)NO-X/H
()M-X/H
(e)Vーx/H",Nm
图1内力随/的变化曲线
大后减小至0,而在实际工程
中,受季节温差和壁面温差的影响,地面下池壁的环的圆池,根据弹性理论的基本假定,建立池壁平衡微
向拉力并不最终减小至0,而是在池壁底仍保持较分方程,利用其边界约東条件确定微分方程中待定
大的值。
积分常数,从而得出池壁内力的计算公式,同理得出
3.2带中心支柱圆形板内力计算
带中心支柱圆形水池的底板内力的计算公式。
因地下水浮力较大,把R=12.7m,q=7.3kN/mmi
4.2用 matlab编程计算从而分别求出池壁内力随
=1.7m代入公式(5)、(6),从而分别求出底板的径向弯池壁高度变化的曲线,并对其结果进行分析,从而说
矩M,和切向弯矩M-随P的变化曲线,如图2所示。明设计的可靠性,同理求出底板的径向弯矩和切向弯
矩随带中心支柱底板半径变化而变化的曲线,并对其
进行分析。
4.3以本工程为例将部分电算结果与査表内力系
0.4
数法计算结果进行比较,发现电算法的精度更高,本
文提供出来与设计人员共同探讨,也为以后有限元
100-53
5、06i1如,如软件的开发奠定基础。
M(knm)
(a)M,
b)M~“(-m)
图2内力随p的变化曲线
参考文献
3.3电算与査表计算结果的比较分析
以本工程为例,将部分电算结果与査表计算结[1]朱彦鹏,特种结枃[M].武汉:武汉工业大学出版社,2007
果进行比较,见表1~2,可见两种方法的计算结果是[2]姜子斌钢筋混凝土圆形水池底板的内力分析[M].1999
较吻合的,其误差在可接受的范围内。该电算法的[3]柴新建,卢明芳.圆形水池的结构设计[J.甘肃科技
精度因属解析解故其精度更高一些,本文提供出来
2003(9
供设计人员共同探讨和参考,也为今后有限元软件[4]李克宁.有中心支柱圆形清水池结构电算方法[J].特种
的开发奠定基础。
结构,1999(1)
5]张靖静.水池结构设计概要分析[J].山西建筑,2005(22)
4结论
4.1本文实例是由底板及圆柱壳并带中心支柱构成
表1池内力和底板内力计算结果
v々竖向弯矩M(N-m)环向拉力N(N,m)
径向弯矩M(kN·m)切向弯矩MA(kN·m)
手算
电算
手算
电算
手算电算手算
电算
0.0
0
0
139.23118.4390.2-49.78-48.88
35.18
0.24.133.643170.74170.56110.428.9729.21-
0.4111410.609183.94200.5880.631.8
31.88
9.16
0.613.6613.270150.3172.82910
6.90
6.90
0.