探究矩形混凝土水池在結構設計中的優化處理

李媛平

（中國市政工程西北設計研究院有限公司 甘肅蘭州 730030）

引言

構筑物水池的建立所產生的各類費用，普遍會占據到水務工程總體投入的六成以上，但就現如今我國的構筑物水池結構而言，由于缺乏實效性較高的計算軟件等，使得相應的結構設計人員只能以現存的規范為基礎，經由對簡略的構件模型進行人工計算的方式，實施具體的工程設計操作，無法確保所設計結構以及造價的合理性。

1 優化方案設計

現如今存在的矩形水池設計方案針對腋角處理，普遍采用的為依照相應《設計手冊》中具體內容，于水池周邊的拐角處以及水池邊緣等位置，實施具體的腋角設計操作，并在實施構造鋼筋配置操作時，擇選頂部、墻面以及底板的截面中存在鋼筋數量的一半作為具體的構造鋼筋配置數量。同時，在實施具體施工時，基于腋角的影響，通常會優先對相應的模板實施切割操作，使其以多個條狀物體的形式存在，不利于節約資源，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計密度普遍較大，且存在多種不同方向鋼筋相互交插的情況，致使針對腋角處的混凝土振搗以及下料操作無法有效實施，且倘若相關操作存在些許失誤，相應位置就會產生漏石以及孔洞等問題。通常情況下，在水池的轉角位置添加腋角只是一個簡單的構造操作，且在實施具體設計時，并未優先對參與受力進行分析，規范內容中也缺乏有關的明確規定，使得角隅處的加腋操作是否存在必要性，成為了一個新的問題。因此，相關人員便針對上述問題實施了詳細的探討，并據探討結果顯示，在水池的轉角位置實施加腋操作，有助于提升空間配置的合理性。

2 水池角隅處受力的優化研究

多數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，具體的區分標準是厚度以及其他兩個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。依照上述原則進行區分，那么水務工程中的多數矩形鋼筋混凝土水池為薄板單元構件。就敞口水池而言，在對其角隅位置各個方向的彎矩分布進行分析時，所應用的為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是擁有完全知識產權的自主開發有限元軟件，主要職能為對多種類型的結構進行分析，例如其中平板結構單元，可以對構筑物實施有效分析[2]。

2.1 有限元模型的創設

以某水池為例，其尺寸為：長20m；寬10m；高5m，為地上開口類型的水池，內部蓄水。在創設完模型之后，需要實施單元劃分操作；對單元、材質的屬性進行定義；對約束條件以及墻壁的厚度進行設計。

（1）在實施具體的地基模擬操作時，需要將土體經由單一方向對彈簧進行拉壓的功能模擬出來，以及將地基土對于水浮力以及內水壓所存在作用的不同精確的模擬出來，使得內水壓作用條件下，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）在實施具體的加載模擬操作時，需要對外部、內部水的壓力以及外部土的壓力進行模擬，并可以對隨高度指數變化的水荷載垂直表面壓力計算出來。

（3）在實施具體的內外溫差模擬操作時，僅利用對某一荷載實施定義的方式，便可以對具備較高繁瑣性的內外溫差荷載進行有效加載。同時，應用整體模型，可對具備較高繁瑣性的倉、池溫度形內力進行有效計算。然后，在實施具體的季節溫差模擬操作時，需要利用對溫度場進行定義的方式，對季節性的整體溫度變化實施計算，再經由對地彈簧進行合理應用的方式，模擬地基土約束結構整體伸縮的作用。

（4）實施結果輸出操作。其中，經由對限元模型計算結果實施的分析來看，水池中存在的最為顯著的變形為水池上部存在四角發生的水平變形以及池壁中央區域與底板相互連接位置發生的豎向變形。基于計算得知，在實施具體的矩形水池設計時，需要重點注意的環節是對水池的四個角隅位置，以及池壁中央區域與底邊相互連接的位置進行的設計[3]。

2.2 基于不同高度比條件下，水池角隅位置的受力分布

在實施常規設計的過程中，對水平角隅位置處彎矩與池壁底部角隅位置處彎矩進行的計算，需要以具體的規范內容為主要依據，并應注重對相應《規范》以及《設計規范》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《規程》6.1.3，倘若截面過程中壁厚保持不變，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，將上述數值代入②可得出：My=q/6=208kN·m，經由將上述有限元計算結果加以對比可以得出，水平角隅彎矩的規范取值以及池壁的豎向彎矩區域，可以良好滿足有限元計算彎矩最大位置的具體需求，基于此可以得知，依照規范對敞口水池實施計算，具備較高的可靠性。

3 結束語

綜上所述，為了大幅度降低工程整體的資金投入量，就需要對矩形混凝土水池實施有效的結構設計優化處理，并將需要強化的角隅位置范圍分析出來，同時據上述計算可以得知，此類優化設計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.一邊固支三邊簡支預制矩形肋底板混凝土雙向疊合板的簡化彈性計算方法[J].建筑科學與工程學報，2017，34（01）：58～67.

[2]劉萬里，黃太華.非對稱配筋鋼筋混凝土偏心受壓矩形構件大小偏心破壞的理論判別方法[J].湖南城市學院學報（自然科學版），2017，26（06）：21～25.

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