四川恒泰环境技术有限责任公司
摘要：矩形钢制水池在环保工程中较为常见，一般矩形常压水池的壁板和底板多采用平板结构。本文以某环保工程中常压水处理池钢结构的设计为例,通过在壁板设计中提出加劲板、竖向柱、横向圈、连杆的整体组合加固方式,和顶边加固以及垂直和联合加固的方式来进行对比分析，并通过利用MIDAS软件进行壁板、底板、底座有限元整体建模分析,得出较优的结构设计方案.
关键词：矩形钢制常压水池；结构分析；设计
1水池结构设计
1.1结构设计应符合的规定
应对各种结构类别和形式的池执行强度检查。根据荷载条件，工程地质条件和水文地质条件，决定是否检查结构的稳定性。应检查钢筋混凝土池的抗裂性或裂缝宽度。在载荷作用下，当部件的截面受到轴向张力或小的偏心张力时，应检查抗裂性。在使用阶段的负载下，部件的截面弯曲，偏心压力大或偏心率大。当张力受到应力时，应检查裂缝宽度。还应测试预应力混凝土池的抗裂性。
1.2负载和负载组合
（1）各种负荷
水压：通常用水填充水池来计算水压。这是因为：一方面，一方面很可能存在误操作而造成满池;另一方面，另一方面今后工艺上有可能挖潜而超过原设计水位;游泳池外设有一个填充的游泳池。墙上土壤的侧压通常由朗肯的理论计算得出地下水压力：水池底部的地下水压力是影响泳池地板安全的主要负荷，应加强注意。另一方面今后工艺上有可能挖潜而超过原设计水位。当水池底部低于地下水压力时，应采取措施清除地表水;温度和湿度负荷：由于环境的影响，结构的温度或湿度发生变化，导致结构的体积发生变化。当这种体积变化受到约束时，就会产生应力。
（2）负载组合。
1水压+自重。这是池结构设计的基本组合。
2水压+自重+冬季温差。当壁冬季温差的绝对值大于夏季墙壁水分差的绝对值（变为等效温差）时，温差，湿度差和水压的组合是最不利的组合。
3水压+自重+湿差。当壁壁湿度差的绝对值（变成等效温度差）大于冬季壁温差的绝对值时，温差，湿度差和水压的组合效果是最不利的组合。
4土压力+自重。这是指在游泳池外面覆盖土壤的游泳池。当有地下水时，也应包括地下水压力。此组合是池负载的基本组合之一。在池完成之前和罐清空之前使用这种类型的负载组合。根据以上几种情况，可归纳为以下两类：a。没有土壤的池，墙上的负荷应该通过采取上述四种组合中最不利的情况来获得。b.有覆土的水池，可不考虑② 和③ 两种组合。
2案例概况
本案例为某钢制水处理池，水池主体由3部分组成，分别为A/B/C区。A区水池为2.9ｍ×2.9ｍ，深5.5ｍ；B区水池为6.45ｍ×5.8ｍ，深5.5ｍ，底部为圆锥形；C区水池为附属水池，尺寸为1.6ｍ×1.3ｍ，深1.9ｍ。水池底距地面高约1.5ｍ，为地上水池，整个水池坐落在钢支座上。池顶部标高7.130ｍ，居中设2道走道梁，平铺钢板，用于设备安装及行走。B区6.660ｍ标高处有44道齿形集水槽，4.810ｍ标高处为1层水平支架，用于放置塑料滤水管，池体中设置2道局部隔板。结构平面见图１。
本工程抗震设防烈度７度，场地土Ⅱ类，特征周期0.35ｓ，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.1ｇ，建筑场地类别属Ⅰ类场地，基本风压0.3ｋＮ／ｍ２，基本雪压0.4ｋＮ／ｍ２。
图１钢水池平面
2.1钢制水池结构方案分析及对比
本案例选取２种加固方法进行计算，并与整体组合加固方案进行对比分析。
方案三：整体混合加固形式。考虑到文献[1]中联杆加固形式系有盖板矩形容器，文献中计算公式已不能套用，且由于工艺条件限制，池中不允许添加过多联杆。
本文利用工艺图中部分附加构件，如拉通两侧距池顶0.67ｍ处的４道齿形集水槽及池顶2根走道梁，形成第一层拉杆；利用距池顶2.52ｍ处塑料管支架（截面为12.6），形成第二层拉杆；在距池顶4.2ｍ处添加第三层拉杆，拉杆截面为79×5.0。同时，Ｂ区侧壁及走道梁下设置2根竖向加固柱（HN300×150×6.5×9）与5根横向加固圈（槽钢［14ａ），这样就形成了竖向柱、横向圈、中间联杆相互组合的整体加固模式，见图3。此时，壁板厚度为８ｍｍ，腐蚀裕量取1.5ｍｍ，并设竖向劲板为－100×8＠400。
１－竖向加固柱；2－竖向加固柱120ａ；3－79×5拉杆；4－HN300×150×6.5×9，走道梁；5－齿形集水槽；6－HN300×150×6.5×9，竖向加固柱；
图3池体加固示意图
此方案壁板及所有加固构件用钢梁为37.5ｔ。该方案采用有限元整体建模分析验算。
3整体组合加固方案有限元分析
3.1模型建立
图5底板支撑梁及加劲肋布置
图6钢制水池整体有限元模型
3.2计算结果
在各种荷载作用下，池体板单元组合应力如图7所示。
4结论
钢制混凝土作为常见的结构类型，广泛应用在工业和民用建筑的给水排水以及消防工程中。在设计过程中钢制矩形水池设计时可充分利用其内部结构如隔板、拉杆等与壁板加固筋形成整体组合加固,池体内部构件宜采用封闭截面，以减小表面腐蚀面积，同时应根据实际情况考虑一定的腐蚀裕量，以免局部构件破坏影响整体受力性能。
参考文献：
[1]罗佑新,李晓润,吴昌栋,etal.矩形钢制常压水池的结构分析与设计[J].钢结构,2011,26(3):29-32.
[2]杨小妹,陈雪松.泾惠渠排沙漏斗温湿度荷载的特点及解决措施[J].西北水电,2014(2):39-40.
[3]李军利,田华.泾惠渠西郊水库运行中存在的问题及对策[J].陕西水利,2018(5):61-61.
论文作者:崔慧
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/14
标签：组合论文; 水池论文; 壁板论文; 水压论文; 结构论文; 矩形论文; 温差论文; 《基层建设》2019年第5期论文;