净水厂双层水池计算

2014年摘要双层水池由于占地面积小，被越来越多地应用于工程实际。本文结合厦门市高殿净水厂二期扩建工程双层水池，在四种工况下运用弯矩调整法计算双层水池池壁的杆端及跨中弯矩。关键词双层水池；高殿净水厂；弯矩调整法净水厂双层水池计算范静（中国市政工程西南设计研究总院有限公司厦门分院，福建厦门361012）0引言钢筋混凝土矩形水池作为工程中常见的构筑物，由于占地面积较少、便于工艺设备的布置和操作、施工技术较简单等一系列优点，被广泛应用于净水厂、污水处理厂、化工厂等建筑内。矩形水池按结构类型分为敞口水池、有盖水池、多格水池、双层水池、无梁板式水池等型式。双层水池目前多应用于给水工程，一般是将反应池、沉淀池或者是过滤池等水处理构筑物叠合在清水池上，构成双层水池，达到节约占地的目的。双层水池由于大大地节约占地这一突出优点，被越来越多地应用于工程实际，因此研究其受力性能以应用于工程设计显得尤为重要。厦门市高殿净水厂二期扩建工程由于受场地限制，设计过程中将沉淀池叠合在清水池上形成双层水池。本文结合高殿净水厂双层水池的计算过程对双层水池的设计进行梳理总结。1双层水池结构分析要点1.1荷载组合双层水池的荷载计算分为以下4种组合情况：（1）上、下层均为满水；（2）上层满水，下层空；（3）上层放空，下层满水；（4）上、下层均放空，池外有土压。1.2结构分析方法（1）弯矩调整法。①将各板块在刚节点处均视为嵌固端，荷载作用下按单块板计算各板块的支座弯矩；②放松节点，用线刚度分配不平衡弯矩计算各板块的棱边弯矩和跨中弯矩。（2）分层计算。①上层池按单层水池计算，壁板固端力作为外载传递给下层水池；②下层池截取截条，按多跨框架计算。2线刚度分配不平衡弯矩的参数计算转动刚度S表示杆端对转动的抵抗能力，其值与杆件的线刚度i=EIl和杆件另一端的支承情况有关。远端固定：S=4i；远端铰支：S=3i；远端滑动：S=i；远端自由：S=0。分配系数μAj与杆端的转动刚度成正比，μAj=SAjAΣS，杆Aj在结点A的分配系数μAj等于杆Aj的转动刚度与交于A点的各杆的转动刚度之和的比值。传递系数表示当近端有转角时，远端弯矩与近端弯矩的比值，对等截面杆件来说，传递系数C随远端的支承情况而有不同。远端固定：C=12；远端铰支：C=0；远端滑动：C=-1。3高殿净水厂双层水池的计算实例3.1计算模型的简化高殿净水厂沉淀池叠合在清水池上构成双层水池，沉淀池池深4.45m，池壁厚350mm，底板厚400mm；清水池池深5.5m，池壁厚350mm，底板厚500mm。清水池隔墙间距4.25m，取一个隔墙为计算单元。沉淀池内水荷载q1=42.5kN/m2；清水池内水荷载q2=53kN/m2；池外土水荷载q3=50kN/m2。3.2计算实例3.2.1工况一：沉淀池、清水池均满水计算简图如图1：（1）计算各杆端的分配系数AB、AD和AC的线刚度：iAB=EIABlAB,iAD=EIADlAD,iAC=EIAClAC转动刚度：SAB=0，SAD=4iAD，SAC=4iAC分配系数：μAC=SACSAB+SAC+SAD=0.35312×5.50.35312×5.5+0.40312×4.25=0.34■建筑与装修40··第10期（总第162期）图1μAD=1-0.34=0.66（2）计算各杆端的固端弯矩MFAB=16ql2=16×42.5×4.452=140.27kN·mMFAC=-130ql2=-130×53×5.52=-53.44kN·mMFCA=120ql2=120×53×5.52=80.16kN·mMFAD=-112ql2=-112×42.5×4.252=-63.97kN·mMFDA=-MFDA=-63.97kN·m（3）弯矩分配MAB=MFAB=140.27kN·mMAC=-53.44-0.34×(140.27-53.44-63.97)=-61.21kN·mMAD=-63.97-0.66×(140.27-53.44-63.97)=-79.06kN·mMCA=80.16-0.34×(140.27-53.44-63.97)×12=76.27kN·mMDA=63.97-0.66×(140.27-53.44-63.97)×12=56.43kN·m（4）计算各杆的跨中弯矩和拉力M0AD=18×4.252×4.25-79.06+56.432=28.21kN·mM0AC=193姨×5.52×53-61.21+76.272=34.11kN·mNA=q1l12+320q2l2=12×42.5×4.45+320×53×5.5=138.28kNNC=720q2l2=720×53×5.5=102.3kN3.2.2工况二：沉淀池空，清水池满水计算简图如图2。图2（1）计算各杆端的分配系数μAC=0.34，μAD=0.