这是一个矩形水池(chí)计算软件,为(wéi)了需要建造水池的工程师而诞生的。

1 荷载取值的问题(tí)
1.1 池内水压力(lì)。池内水(shuǐ)压作为水池类构筑物的(de)主要荷载(zǎi)。在设计(jì)过(guò)程中,应当偏于安全的按满水高度来计算水压。这是因(yīn)为:一(yī)方面使用过程中很可能由于值班(bān)人(rén)员(yuán)疏(shū)忽或者存在液(yè)位(wèi)计等部件失灵而造成满池;另(lìng)一(yī)方面今后(hòu)工(gōng)艺上有可能技术改(gǎi)造(zào)而(ér)超过原设计水位。池内水压荷载的取(qǔ)值大小对于挡水(shuǐ)墙式浅(qiǎn)池的下端(duān)弯(wān)矩影响较大。
1.2 池外水浮力。当有地下水时,池(chí)壁外侧除考(kǎo)虑地下水(shuǐ)的(de)压力外,还(hái)应考虑地下水(shuǐ)位以下的土(tǔ)由于水的浮(fú)力使(shǐ)土的有效重度降低而对(duì)土(tǔ)压(yā)力的影(yǐng)响(xiǎng)。同时,地(dì)下(xià)水对池体的浮托力(lì)也不容(róng)小视。由于(yú)地(dì)下水位未掌握(wò)好(hǎo)而(ér)引(yǐn)起结构选(xuǎn)型错误及抗(kàng)浮不够等工程事(shì)故(gù)也时有发生(shēng)。地质勘察报(bào)告所提供的地下水位一般仅反映勘(kān)测(cè)期间的地下水位情况(kuàng)。如果详勘在当(dāng)地枯水期进行,所(suǒ)提供的地下水位标高(gāo)将(jiāng)无法被(bèi)设计取用,或导致结构计算的失误。根据实际(jì)情况,结(jié)合地方(fāng)水(shuǐ)文资(zī)料,确定(dìng)一个合适的地下水位标高做设计地(dì)下水(shuǐ)位,做到既保证(zhèng)使用阶段结构安(ān)全和不(bú)利情(qíng)况抗浮安(ān)全,又能降低工(gōng)程造(zào)价(jià)双赢(yíng)的目的。笔者在设计黄骅港某水厂设计大型清水池时,遇(yù)到了地下水位特别浅的问(wèn)题。该水池采用无(wú)梁楼盖(gài)设计(jì),在计算水池抗浮过(guò)程中,还存在有局部抗浮的问题。设计过程中,覆土厚度增加到1.5m还不能满足要求。这时候,考虑到是(shì)否考虑每年检修安排在(zài)冬季(jì)枯水位时(shí),这样设计所(suǒ)采用的(de)低地(dì)下水位标(biāo)高就能保证正(zhèng)常生产、检(jiǎn)修,从而很好的(de)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(chéng)中产生的水化热、工(gōng)艺特殊要求以及季(jì)节变(biàn)化等,造成池壁产生膨胀或收缩。当变形(xíng)受到约(yuē)束时,在池(chí)体中(zhōng)产生相应的的温度(dù)和湿度变形应力,很(hěn)容易产生有害裂缝。设计时(shí),对夏季应考虑(lǜ)湿差(chà)作用,对冬季应考虑温差作用。前者低(dī)温收缩(suō)与湿涨抵消,后者由于外界(jiè)气温低,池壁中水分(fèn)向(xiàng)外移动,致使外侧湿度(dù)增加。由于内外侧湿度相差不(bú)大,通(tōng)常可以不考虑此时的湿差应力(lì)。但内外温差还在(zài),冬季(jì)应考(kǎo)虑(lǜ)壁面温差应力。在工程设计中按规程(chéng)提(tí)供的方法计(jì)算。
2 水池壁板边界条件的分析
池体结构(gòu)一(yī)般由(yóu)池壁、底板和顶盖(gài)(是否封(fēng)闭(bì)加盖由(yóu)工艺需要(yào)决定)所组成。合理的选择结构计算简图和计算公(gōng)式才能保证结(jié)构设(shè)计的准确、可靠。水池内力(lì)分析计算时(shí),尽量做到边(biān)界条件的(de)假定与实际(jì)情况相符(fú)。
当水池设有顶盖时,池壁顶端的(de)边(biān)界条件应根据顶板与池壁(bì)的连(lián)接构造来确定。当池壁线(xiàn)刚度为顶板线刚度的5倍以上时,可(kě)假设池壁顶端为(wéi)铰支,否则应按弹性(xìng)固定计算(suàn)。而开敞式(shì)水(shuǐ)池的池壁边界条(tiáo)件可假定为三(sān)边(biān)支承,顶边自由(yóu)的板。
比较两种边界条件假定的内(nèi)力计(jì)算结(jié)果,设置(zhì)顶盖的池壁所承受的(de)弯矩要小(xiǎo)很多。因此当采用顶盖结构有困难时,应尽可能从池壁挑出走道(dào)板。走道板(bǎn)满足(zú)规程(chéng)要求时,可以假(jiǎ)定为不动铰支承,否(fǒu)则可按照弹性支承计算。
池(chí)壁与(yǔ)底板整体浇筑时,也应根(gēn)据两者的线(xiàn)刚度比确定池壁底端(duān)的(de)边界(jiè)条件。规(guī)程中规(guī)定,底板的抗弯刚度10倍于池壁的抗弯刚度就可(kě)以(yǐ)满足(zú)作为嵌固端的要求(qiú)。底板(bǎn)对池(chí)壁的(de)嵌固(gù)作用(yòng)效应(yīng)的程度与池壁高度有关,也(yě)与底板单位截条(tiáo)的弹(dàn)性(xìng)特征有关,而底板(bǎn)单位截条的(de)弹性特征又(yòu)与底板(bǎn)的厚度、地基的基床系数有关(guān),还与材料的(de)弹性模量有(yǒu)关。规程规定,当满足(zú)嵌(qiàn)固要求(qiú)时,底板厚度选取为池(chí)壁厚度的1.2-1.5倍。当土质较好,比如(rú)密实(shí)性土壤时采(cǎi)用1.2倍(bèi)池壁厚(hòu)度(dù);当土质一般,比如中等密实性土壤(rǎng)时,采用1.5倍(bèi)池壁厚度。
3 底(dǐ)板内力计算模式的选择
3.1 对于池体容积小,短跨尺寸在6m以内时,计(jì)算底板内力(lì)可以按地基(jī)反(fǎn)力(lì)直线(xiàn)分布计算。一般情(qíng)况下,直接作(zuò)用于底板上(shàng)的(de)池内水重和底板自(zì)重(chóng)与它们引(yǐn)起的那(nà)部分地基反力直接(jiē)抵消,而不产(chǎn)生弯曲应(yīng)力。只有由池壁和池顶、支(zhī)柱作用(yòng)在底板上的力(lì)所引起的地基反力才会使底板产生弯曲应(yīng)力(lì)。当存(cún)在多格水池分格盛水时(shí),地基反力可按照局部(bù)均布(bù)荷载下的直(zhí)线分(fèn)布的(de)原则计算(suàn)。此时应分格(gé)满池最不利布置按(àn)照单向(xiàng)板(bǎn)或双向板进行静力结构计算。
3.2 当池底为软(ruǎn)土(tǔ)地基或板的跨度较大,根据上一(yī)种计算模(mó)式,不考虑弹(dàn)性地基(jī)上的地(dì)板在(zài)荷载作用下的弹性变形(xíng),也不(bú)顾及地基土的弹性沉陷。底板跨中的最大弯矩(jǔ)等(děng)于简支底板的跨中弯矩加上池墙荷载(zǎi)底端的固端弯矩(jǔ)。按以上弯矩进行配筋,底板上(shàng)表面(miàn)的配筋很大,下(xià)表面为构造配筋。有时底板上(shàng)表(biǎo)面的配筋往往达到让人无法(fǎ)接受的程(chéng)度。工程(chéng)实际计算结果,底板的(de)内力(弯矩)上(shàng)底板(bǎn)下表面内力大,配筋应该多,上表(biǎo)面除在(zài)纵墙附(fù)近(jìn)处可为构造配筋(jīn)。因此,对于上述(shù)情况设计时,应采取单(dān)位(wèi)截条,将构(gòu)筑物内外墙作为集中(zhōng)力按(àn)弹性地基梁(liáng)进行内力(lì)分析。此时考虑地基变形影响,按(àn)文克尔(ěr)假定或半无限弹性体假(jiǎ)定计算,两者均可以查(chá)表或软件计算。
4 构(gòu)造措施
4.1 池(chí)壁、底板的(de)受力钢筋宜采用小直(zhí)径钢筋和较密(mì)的间距,尽可能采用采用HRB335和RRB400级钢筋。水(shuǐ)池各部位的钢筋间(jiān)距应在100-250mm范围(wéi)内。如果(guǒ)钢筋间距太密,会影响混凝(níng)土振(zhèn)捣,而钢筋间距(jù)太(tài)大,容易产生裂缝。
4.2 “暗梁”、“暗柱(zhù)”。现浇钢(gāng)筋(jīn)混(hún)凝土水(shuǐ)池最(zuì)容易(yì)在角隅(yú)处(chù)出现裂缝,因此必须在(zài)池壁转角(jiǎo)处、池壁(bì)与底板相交处设置(zhì)“暗(àn)梁”、“暗柱(zhù)”。
敞口水池顶(dǐng)端也宜配(pèi)置水平向加强(qiáng)钢筋。根(gēn)据规程第7.1.7条(tiáo)的规定要求,敞口水池在温(wēn)差或(huò)地基(jī)变形作用(yòng)下池壁顶(dǐng)端是结构(gòu)的薄弱点,宜设(shè)置暗梁,高度不得(dé)小于池壁厚度,内外侧各(gè)配(pèi)置不小于(yú)3?准(zhǔn)16的受力水(shuǐ)平(píng)钢筋(jīn)。
4.3 在水池四周(zhōu)设散水坡,防止(zhǐ)地面水渗入引起地基不均匀沉(chén)降。北方(fāng)地区的沉淀池等应做成(chéng)封闭式,以防冬季水池上(shàng)部结冰,发生(shēng)冻胀水池的事故。