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    聯體水池結構有限元分析與優化

    發布于:2024-09-08 20:55
    有限元分析

          非洲某站場工程位于撒哈拉沙漠北部,建有6座大型聯體水池,采用雙池并聯對稱布局,每座水池由兩個單元池和一個中間閥室組成,結構形式獨特。水池底板臥地,主體位于地上,采用有蓋結構,在池頂檢修通道入口處設置小屋。單池長×寬×高為24m×18m×7.5m,最高液位5.5m,最低液位0.3m,容量2000m3。內部設有減淤導流墻,左側單元池頂部建有飲用水塔一個。閥室平面尺寸 26 m×11 m,底板相對水池下凹3 m,室內安裝管道、閥門、梁式吊車和檢修平臺等。
          工程現場位于炎熱干燥的撒哈拉沙漠地區,自然條件惡劣,季節最大溫差平均 35℃,晝夜最大溫差15℃,年最大降雨量僅200mm。地表覆蓋薄層細砂,地下是強風化或中風化巖石,局部存在密實粗砂和礫砂,揭露深度100m以內未見地下水。根據地質勘察報告,將6座水池的地基分為四類,其中基床系數取值參見文獻。閥室地基為中風化巖。
          聯體水池作為大型水工構筑物,其結構形式屬于典型混合結構,主體結構包含鋼筋混凝土水池和閥室框架結構兩大體系,通過空間變形協同和耦合效應結合在一起,因此在進行結構分析時可以將其視為兩個空間子系統,分別對其受力特點進行分析,并著重研究其相互間的影響和作用。杭州那泰有限元分析公司主要對基礎底板、水池側壁、閥室墻體、池蓋和閥室屋蓋的設計方案進行有限元分析
          根據工藝管道和設備安裝要求,閥室和水池底板高差3m,閥室底部埋地。水池僅底板埋地,埋0.6m,底板受溫度作用影響不顯著。因此,將水池與閥室底板連接起來,形成緩沖池整體筏板基礎#閥室出水端墻外凸5m,來水端墻內凹3m,考慮施工方便,把閥室底板延伸至與水池外側池壁平齊。
          由水池地基分類可知,單元池底板的地基土層大多為基巖,根據CRCS 138:2002第 7.1.3 條,露天環境下巖基水池最大伸縮縫間距為15m;與水池尺寸比較可知,單元池短邊可不設置伸縮縫,長邊應設一道伸縮縫;根據該規范第 7.1.4 條,伸縮縫應貫通,但執行該規定的難度較大,主要體現在以下方面:(1)池體相對位移引起的管道附加應力無法準確估算,因此與伸縮縫兩側池體相連的同一管道中必須設置柔性接頭,需要修改管道設計。(2)由于水池底板埋地且埋深僅 0.6m,周圍土層無法為伸縮縫兩側池體提供足夠推力。(3)導流墻$池壁和頂板均要設縫,總長度約100m,一旦防水失效容易引起大量滲漏。因此,采取在結構計算時考慮溫度作用、在施工時使用混凝土添加劑等減小混凝土收縮的措施,單元池長邊不設伸縮縫,符合規范第 7.1.3 條。
          氣象報告顯示,閥室內外空氣最大溫差10℃,閥室內空氣與池內水體最大溫差 5℃,因此閥室外墻與池壁之間應設置溫度縫,防止墻體與池壁連接部位開裂;閥室入水和出水端墻的墻根與筏板基礎相連,頂部與屋蓋相連,給墻體提供足夠支撐以增加穩定性。
          將導流墻頂部與頂蓋相連,僅保留豎直墻端為自由邊。導流墻作為屋頂梁板的支撐,可顯著減小梁板跨度。導流墻將屋面板分隔為等邊雙向板格,頂蓋內部由墻體支撐,不單獨設柱,節省了空間。水池頂梁支撐于池壁頂端,梁端池壁在集中力作用下容易開裂,因此在池壁頂部設置構造圈梁,與池壁同寬,圈梁的設置同時提高了頂蓋的整體剛度。



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