基于Sap2000的双格混凝土矩形水池壁板受力分析.pdfVIP

基于Sap2000的双格混凝土矩形水池壁

板受力分析

摘要：钢筋混凝土矩形水池结构是给水厂站中常用的贮水构筑物形式。为考

虑双格水池结构的壁板受力形式，采用Sap2000有限元软件对某实际工程的双格

水池进行分析。为探讨内力分布规律，分析了双格水池中间壁板位置分别位于总

跨度1/2、1/3位置处壁板的轴力、弯矩的分布形式，并据此提出了双格矩形水

池的壁板设计建议。

关键词：双格矩形水池；有限元分析；内力分布

钢筋混凝土水池结构是给水厂站中常用的构筑物结构形式。其中，双格水池

结构用途广泛，可用于进水井、泵房吸水井、平衡池和一些小型的贮液池等。双

格水池结构主要由底板、顶板、侧壁和中间分隔板及配套的附属结构如走道板组

成。池壁结构在简化设计中通常根据不同的设计工况采用考虑支座条件的单块板

或截条法进行设计，《给水排水钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS

138:2002）对矩形水池在静力计算中的壁板边界条件做出了规定。随着水池尺度

的增大，简化计算方法经常会导致内力计算不准确和配筋异常的情况发生，因此

随着三维有限元软件的普及，有必要考虑结构整体效应，并根据池壁的整体受力

和内力进行分析。此外双格水池作为多格水池计算的基础，在设计中需考虑多种

工况，如内水外空、内空外土、一格有水一格无水等多种工况，因此深入研究典

型工况下的双格水池壁板内力对于水池结构的安全设计有重要的参考意义。

现有研究中对于钢筋混凝土结构双格水池研究较少，吴晨旭根据某工程V

[1]

型滤池探讨了内水压力和温度荷载下的多格滤池的结构内力，并分析了存在非齐

顶隔墙时的内力分布;陈成等使用盈建科结构设计软件分析了某复杂污水泵站地

[2]

下结构的设计，并介绍了施工图设计要点；此外，在《给水排水工程结构设计手

册》（第二版）中，也对双格水池及池格更多的多格水池介绍了结构简化设计

[3]

方法。虽然已有研究介绍了多格水池设计要点和内力分布规律，但尚未有专门针

对双格水池的壁板内力分布进行研究。本文采用三维有限元分析软件Sap2000针

对某工程的双格混凝土水池研究，根据中间壁板在位于总跨度1/2、1/3位置处

分别分析池体壁板内力的分布规律，从而指导工程设计。

一、工程概况

本文采用了位于西安的某工程新建水厂的进水井，该池体结构用于本工程二

期60万m/d的总进水井。该进水井采用双格水池结构，池体外平面尺寸为

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15.4x10.4m，高度为9.7m，外壁厚度为700mm，为钢筋混凝土半地下水池结构。

池体基础落于③层卵石层，本层的地基承载力fak=280kPa，竖向基床系数

k=100MPa/m。原池体中，中间分隔板根据工艺专业设计要求距离一侧壁板9.25m，

V

本文为了分析壁板在不同位置处的内力规律，分别将中间分隔板置于长度方向的

1/2、1/3位置，以下按ModelA和ModelB分别描述此两模型。池体在两种工况的

平面布置和剖面见图1和图2。后续分析中的墙体编号见图1，值得注意的是由于

ModelA中关于中轴对称，因此A1和A3的内力效应完全等效，后续分析仅针对

A1墙体，不再单独分析A3墙体。

图1壁板分别位于1/2和1/3位置处的平面布置图

图2壁板分别位于1/2和1/3位置处的剖面布置图

二、池体有限元分析

2.1软件单元介绍

本文分析采用Sap2000三维有限元软件进行分析。Sap2000中用于壁板、顶

板、底板的面截面常用的有壳单元、平面单元和轴对称单元三种类型。本文分析

采用Sap2000中的薄壳单元进行分析。

图3Sap2000中的四节点面单元[4]

2.2计算模型创建

结构模型根据实际情况，材料采用C30混凝土，泊松比0.2，弹性模量

3x10MPa。单元的划分根据最大单元尺寸划分，最大尺寸取0.5m。为真实反映

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壁板受力情况并考虑底板弯矩传递对壁板的影响，底板根据竖向基床系数施加面

弹簧。为简单考虑，本文仅按内满水外空考虑