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浅谈大型钢筋混凝土水池设计方法摘 要：本文结合工程实例，介绍了无粘结预应力技术在大型钢筋混凝土水池设计中的应用。利用有限元软件ANSYS对水池构筑物在满水和温度综合作用下的变形特征及应力进行分析，在有限元模拟结果的基础上进行施工图设计。 关键词：大型钢筋混凝土水池；无粘结预应力；ANSYS 中图分类号：TU71 文献标识码：A 1概述 随着社会经济的发展和生产规模的不短扩大，现在混凝土水池的尺寸和容量向越来越大的趋势发展。 按现行的《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002（以下简称规范）的要求，在室外露天的条件下每20m设置一道伸缩缝。常用做法是在伸缩缝之间设置橡胶止水带。这种方法应用在小尺寸的水池（如40m以内时），效果比较理想。但在大型水池中，由于尺寸非常大，需要纵横方向设置多条伸缩缝。把水池分成很多个独立的单元，这样会存在几个问题。（1）橡胶止水带因为材料特性原因容易老化，影响使用年限。（2）伸缩缝处普遍存在漏水和渗水问题。因为伸缩缝处节点构造复杂，混凝土浇筑时不容易浇实。一旦漏水会造成环境污染，甚至造成水池基础塌陷，产生较大变形，将底板拉坏。（3）抗震性能差。因为水池被分成多个单元，水池整体性比较差，在地震作用下伸缩缝处很容易撞坏或拉坏。 根据规范的要求，水池除需要进行承载能力极限状态下的强度验算外，在正常使用极限状态下，水池还需要进行正常使用极限状态下的裂缝验算。当池壁为双向板或池壁高度小于6m时，池壁的支座、跨中弯矩值都不是很大，此时水池的壁厚和配筋都不太大。普通钢筋混凝土结构形式一般均可满足强度和裂缝宽度限制的要求，相对经济合理。但有时为满足工艺的要求，水池的尺寸会很大。此时池壁的计算模型常常为单向板且池壁很高（大于7m）。计算后池壁所得弯距值很大。此时如仍然采用普通钢筋混凝土结构，在满足裂缝要求的情况下就会造成池壁很厚，配筋量也很大。 2 预应力技术在大型水池中应用 2.1 由于水池尺寸过长，设置伸缩缝又存在很多弊端。如不设置伸缩缝，混凝土产生的温度应力非常大，会造成池壁开裂。通过对池壁和池底施加预应力可以有效解决温度应力问题。此外，通过在池壁施加预应力还可以有效减少池壁厚度并有效控制裂缝。 2.2 下面以某污水处理厂中事故调节池为例，介绍如何应用有限元软件ANSYS计算水池应力，并对其进行预应力设计。工程概况： 调节池长96m，宽70m，池壁高度8.5m。为矩形多格有盖（池盖采用钢檩条上铺设玻璃钢瓦）水池。水池充水高度7.5m，池底板埋深1.2m。水池平面见图1。 2.2.1 计算模型 在水池池壁设置500×800和800×800扶壁柱（具体位置见图一），在池壁顶部设置300×800圈梁。因为事故池跨度为48米，故在池中中设置500×500框架柱，用来减少池顶板拉梁的计算长度。水池长期在水温80℃状态下工作。水池基础采用预应力混凝土管桩PHC 500 AB 100-26，底板厚度600mm，池壁厚度400mm，混凝土强度C40，钢筋采用HRB400。由于水池体型巨大，且充水水位较高，在使用荷载下较易出现裂缝，导致渗漏，为防止池壁、池底混凝土在水压力、水温度及混凝土收缩徐变作用下出现裂缝，在各矩形水池池壁、池底中均配置了无粘结预应力筋，在池顶拉梁中配置有粘结预应力筋。扶壁柱、拉梁、桩基础采用beam188单元，池壁采用shell63单元，桩基边界条件为桩端刚接，具体模型见图2。 2.2.2 计算结果分析 （1）荷载工况 该调节水池池壁高8.5m，设计水位位于池壁7.5m高处，承受80℃水压力作用。水池各部位具体荷载作用如下：池壁：7.5m水压力作用，池壁底部压强为0.075Mpa；80℃温度作用；池底：0.075Mpa水压力；80℃温度作用；扶壁柱：80℃温度作用；主拉梁：自重作用和顶盖荷载；次拉梁：自重作用和顶盖荷载。 （2）计算结果分析 由于计算结果的通用性，本文选取A轴池壁进行分析。图3～图6所示为A轴池壁竖向变形、水平变形及水平应力、垂直应力分布图。 根据上述变形云图可知，A轴池壁的水平最大位移为4.75mm，出现在池壁中部位置；其竖向最大位移为2.71mm，出现在池壁的最上部。同时，由应力分布云图可知，A轴池壁水平应力最大值发生在长池壁与短池壁的交界位置处，其值为6.06MPa；最大垂直应力发生在A轴池壁与底板的交界处，其值为11.23MPa。 2.2.3 水池预应力设计 由于该水池容积大，一旦发生渗漏将产生非常大危害。因此，该水池采用一级抗裂等级。在设计时，采用的预应力为1860Mpa，ΦS15.2mm预应力钢绞线。预应力钢绞线控制应力取δcon=0.75 fpt