超長水池溫度應力分析及探討

齊璐

摘 要：本文結合工程實例，采用公式簡化計算法、有限元簡化計算法和有限元整體計算法，計算水池長度、地基水平阻力系數Cx取值對超長水池池體溫度應力的影響。根據計算所得溫度應力，通過提高混凝土的配筋率、嚴格執行構造和施工措施來降低溫度應力的影響，從而適當調整伸縮縫間距，并滿足裂縫控制要求。為優化超長水池的結構方案提供理論和數值依據。

關鍵詞：超長混凝土水池;溫度應力

1工程概況

某超大圓形水池，設計規模200000m3，占地1808.6m2;該水池為半埋式鋼筋混凝土圓形敞口水池.水池池壁的混凝土等級為C40，池底為C30.池體內徑為48.0m，池高5.0m，高出地面1.5m，水池的平面和池底剖面如圖1所示。本文以該水池為例進行研究。

2結構方案及討論

該水池為超長水池，根據伸縮間距的不同，可分為兩個方案，具體內容如下：如果放寬伸縮縫間距至40m～45m，池體長方向應設置4道伸縮縫，寬度方向伸縮縫取消，則止水帶長度為454.4m。

增加了更多的伸縮縫和橡膠止水帶的長度，對于超長池體，必然破壞了水池結構整體性和對稱性，降低了水池使用的可靠性，增加了后期維護的難度。

伸縮縫和橡膠止水帶的長度相較于方案一減少了759.6m，且寬度方向伸縮縫取消，避免了伸縮縫的交叉，整體性更好，方案更為合理。但是方案二伸縮縫間距超過規范限值的50%，溫度變化對池體結構有著不可忽視的影響。需要對池體溫度應力的分布進行細致的分析，并通過嚴格執行構造和施工措施，來降低溫度應力的影響，滿足超長水池的裂縫控制要求。

3不同約束方式和地基阻力系數對水池池底的影響

本文的研究對象為超大圓形半埋式水池，圓形結構在均勻受力時，受力結果會呈現均勻分布，所以本文沿半徑方向將池底等分成9份，共10個數據提取點，用來分析圓形水池在整體降溫25℃時，不同池底約束方式和地基阻力系數對水池池底彎矩的影響.

可以發現，池底的徑向和切向彎矩變化趨勢基本相同，當池底約束狀態為全約束時，無相對變形和位移，故無徑向和切向彎矩的產生.而當池底約束狀態為彈性約束時，在池壁與池底交接處0.4R（R為水池半徑）范圍內，池底徑向和切向彎矩有顯著變化，均是由池底上部受拉逐漸轉變為下部受拉.在0.4R至池底中心范圍內，溫度引起的變形很小，所以彎矩值中看出，地基水平阻力系數的改變對池底徑向和切向彎矩也有一定影響.當地基阻力系數由0.03N/mm3減小到0.02N/mm3時，池底最大徑向彎矩由95.2N·m變為80KN·m，下降了16%，最大切向彎矩則由24.2KN·m減小到20KN·m，降低了17%;當地基阻力系數變為0.01N/mm3時池底最大徑向彎矩和切向彎矩分別下降了37%和35%。通過分析發現，當池底的約束作用由全約束變成彈性約束時，池底將會分擔一部分由降溫作用引起的彎矩;且地基阻力系數越小，池底彎矩值越小，所以改變池底的約束方式和減小地基阻力系數可有效降低池底因降溫作用引起的彎矩.

4圓形水池溫度應力

圓形水池中引起的溫度應力較復雜，除池壁存在壁面溫差外，架空池底也存在壁面溫差，溫度也不像矩形水池分布均勻。有限元模型采用殼單元模擬池壁和池底板，線單元模擬梁柱。

結語

本文針對某超大圓形半埋式水池采用有限元分析軟件SAP2000建立該水池的模型，分析了不同池底約束方式和不同地基阻力系數對水池溫度應力的影響，得出以下結論：1）池底約束方式為彈性約束時，池壁的環向應力和彎矩較全約束狀態下均有降低，由此說明，池底約束程度的減小對池壁溫度的降低有積極作用。另外，減小地基阻力系數的值，可降低池壁的溫度應力。2）對于水池池底，改變池底的約束方式可有效減小池底彎矩的值，從而降低溫度應力，由池底彎矩對比圖可看出，彈性約束狀態下池底彎矩值比全約束狀態下小很多，而改變地基阻力系數的大小，對降低溫度應力有一定作用。

參考文獻

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