探究矩形混凝土水池在结构设计中的优化处理

李媛平

（中国市政工程西北设计研究院有限公司 甘肃兰州 730030）

引言

构筑物水池的建立所产生的各类费用，普遍会占据到水务工程总体投入的六成以上，但就现如今我国的构筑物水池结构而言，由于缺乏实效性较高的计算软件等，使得相应的结构设计人员只能以现存的规范为基础，经由对简略的构件模型进行人工计算的方式，实施具体的工程设计操作，无法确保所设计结构以及造价的合理性。

1 优化方案设计

现如今存在的矩形水池设计方案针对腋角处理，普遍采用的为依照相应《设计手册》中具体内容，于水池周边的拐角处以及水池边缘等位置，实施具体的腋角设计操作，并在实施构造钢筋配置操作时，择选顶部、墙面以及底板的截面中存在钢筋数量的一半作为具体的构造钢筋配置数量。同时，在实施具体施工时，基于腋角的影响，通常会优先对相应的模板实施切割操作，使其以多个条状物体的形式存在，不利于节约资源，也大幅度提升了总体的资金投入[1]。

此外，基于腋角处的钢筋设计密度普遍较大，且存在多种不同方向钢筋相互交插的情况，致使针对腋角处的混凝土振捣以及下料操作无法有效实施，且倘若相关操作存在些许失误，相应位置就会产生漏石以及孔洞等问题。通常情况下，在水池的转角位置添加腋角只是一个简单的构造操作，且在实施具体设计时，并未优先对参与受力进行分析，规范内容中也缺乏有关的明确规定，使得角隅处的加腋操作是否存在必要性，成为了一个新的问题。因此，相关人员便针对上述问题实施了详细的探讨，并据探讨结果显示，在水池的转角位置实施加腋操作，有助于提升空间配置的合理性。

2 水池角隅处受力的优化研究

多数钢筋混凝土矩形水池是基于平板单元组建而成的，其中的平板包括厚板以及薄板两种，具体的区分标准是厚度以及其他两个方向尺寸最小值的比值，是否比1/15大，倘若较大，择选厚板；倘若较小，择选薄板。依照上述原则进行区分，那么水务工程中的多数矩形钢筋混凝土水池为薄板单元构件。就敞口水池而言，在对其角隅位置各个方向的弯矩分布进行分析时，所应用的为strat有限元分析软件，有利于提升有限元分析操作的直观性以及便捷性。其中的strat是拥有完全知识产权的自主开发有限元软件，主要职能为对多种类型的结构进行分析，例如其中平板结构单元，可以对构筑物实施有效分析[2]。

2.1 有限元模型的创设

以某水池为例，其尺寸为：长20m；宽10m；高5m，为地上开口类型的水池，内部蓄水。在创设完模型之后，需要实施单元划分操作；对单元、材质的属性进行定义；对约束条件以及墙壁的厚度进行设计。

（1）在实施具体的地基模拟操作时，需要将土体经由单一方向对弹簧进行拉压的功能模拟出来，以及将地基土对于水浮力以及内水压所存在作用的不同精确的模拟出来，使得内水压作用条件下，地基土可以良好支撑底板具有的弹性；水浮力作用条件下，地基土不参与工作。

（2）在实施具体的加载模拟操作时，需要对外部、内部水的压力以及外部土的压力进行模拟，并可以对随高度指数变化的水荷载垂直表面压力计算出来。

（3）在实施具体的内外温差模拟操作时，仅利用对某一荷载实施定义的方式，便可以对具备较高繁琐性的内外温差荷载进行有效加载。同时，应用整体模型，可对具备较高繁琐性的仓、池温度形内力进行有效计算。然后，在实施具体的季节温差模拟操作时，需要利用对温度场进行定义的方式，对季节性的整体温度变化实施计算，再经由对地弹簧进行合理应用的方式，模拟地基土约束结构整体伸缩的作用。

（4）实施结果输出操作。其中，经由对限元模型计算结果实施的分析来看，水池中存在的最为显著的变形为水池上部存在四角发生的水平变形以及池壁中央区域与底板相互连接位置发生的竖向变形。基于计算得知，在实施具体的矩形水池设计时，需要重点注意的环节是对水池的四个角隅位置，以及池壁中央区域与底边相互连接的位置进行的设计[3]。

2.2 基于不同高度比条件下，水池角隅位置的受力分布

在实施常规设计的过程中，对水平角隅位置处弯矩与池壁底部角隅位置处弯矩进行的计算，需要以具体的规范内容为主要依据，并应注重对相应《规范》以及《设计规范》加以有效利用。其中，水平角隅位置处的弯矩可表示为①：Mcx=mcq，依照《规程》6.1.3，倘若截面过程中壁厚保持不变，则mc=-0.104，将其带入①中，可得Mcx=mcq=-130kN·m。水池壁最底部的弯矩可表示②：My=qH2B/6，将上述数值代入②可得出：My=q/6=208kN·m，经由将上述有限元计算结果加以对比可以得出，水平角隅弯矩的规范取值以及池壁的竖向弯矩区域，可以良好满足有限元计算弯矩最大位置的具体需求，基于此可以得知，依照规范对敞口水池实施计算，具备较高的可靠性。

3 结束语

综上所述，为了大幅度降低工程整体的资金投入量，就需要对矩形混凝土水池实施有效的结构设计优化处理，并将需要强化的角隅位置范围分析出来，同时据上述计算可以得知，此类优化设计具备较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]黄海林，李金华，祝明桥.一边固支三边简支预制矩形肋底板混凝土双向叠合板的简化弹性计算方法[J].建筑科学与工程学报，2017，34（01）：58～67.

[2]刘万里，黄太华.非对称配筋钢筋混凝土偏心受压矩形构件大小偏心破坏的理论判别方法[J].湖南城市学院学报（自然科学版），2017，26（06）：21～25.

[3]梁丰，刘瑛，唐陆健.预应力碳纤维布加固混凝土矩形偏压柱力学性能影响因素分析及有限元模拟[J].工程建设，2017，49（09）：14～20.