基于有限元模型的改造多格矩形水池底板内力计算分析_马梓涵.pdf
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1、Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言伴随城镇污水排放标准提高,为避免重建带来的浪费,利用现有水池进行加固改造处理成为当下市政工程的重点。结构设计在此类改造工程中的主要工作包括对现状水池受力构件的复核、对改造池壁提出加固措施、对软弱土地基提出加固处理等1,其中以需增加隔墙的水池底板的内力复核计算最为复杂。2研究背景就当下水池结构设计工程而言,水池底板、池壁等构件多采用给水排水工程结构设计手册(第2版)2中的传统结构力学算法,在净反力直线均匀分布假设下,将底板简化为多跨连续梁进行计算,并在支座处叠加池壁弯矩。但近年来,Winkler地基模型、弹性半空间地基
2、模型及有限压缩层地基模型被应用到水池底板的计算中,王志鹏等3对单跨矩形水池底板不同模型下地基反力分布及大小进行了对比,王跃磊4、陈剑5等分别对不同等跨水池底板不同模型下的内力分布进行了对比。以上研究均表明:对于板跨较大的底板,净反力直线均匀分布假设下的计算结果难以真实反映地基反力的真实分布,且底板的内力值计算值往往偏大。因此,对于水池改造项目而言,在设计值偏保守的情况下,需对现状水池底板采用更符合实际的模型,精准得到现状底板的真实内力大小及分布基于有限元模型的改造多格矩形水池底板内力计算分析Calculation and Analysis of the Raft Foundation of t
3、he Multi-GridRectangular Pool Based on the Finite Element Model马梓涵,王强(中国市政工程华北设计研究总院有限公司,天津 300074)MA Zi-han,WANG Qiang(North China Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.,Tianjin 300074,China)【摘要】结合工程实例,对加隔墙改造前后的现状多格水池构筑物进行了基于 Winkler 假设有限元建模分析,将底板内力计算结果与工程设计计算中的净反力直线分布假设的计算结果对比。针对上
4、述成果,分析了两种假设计算的优缺点,给出了改造前后不利工况下弯矩包络结果。【Abstract】Combined with engineering examples,a finite element modeling based on the Winkler assumption of the multi-grid poolstructures with adding partition walls was analyzed.The results of this analysis are compared with the calculation results of the lineardi
5、stribution assumption applied in the engineering design.In view of the above results,the advantages and disadvantages of the twohypothetical calculations are analyzed,and the bending moment results under dangerous conditions are shown.【关键词】多格水池;有限元方法;筏型底板;Winkler 地基模型【Keywords】multi-grid rectangular
6、 pool;finite element method;raft foundation;Winkler foundation model【中图分类号】TU991.34+3;TU375【文献标志码】A【文章编号】1007-9467(2023)04-0016-04【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.04.005【作者简介】马梓涵(1994),男,天津人,工程师,从事结构工程设计与研究。16Architectural and Structural Design建筑与结构设计情况,才能减少不必要的加固措施造成的浪费。故而本文工程案例选取基于Winkler假设的有限元模型建模计算
7、分析,并与传统算法结果做以对比。3工程概况本研究选取工程案例为浙江省诸暨市某污水处理厂内粗格栅及提升泵房,由进水前池、粗格栅池及提升泵房组成(见图1)。其中壁厚0.3 m进水前池(内径9.5 m4.3 m),壁厚0.3 m两格粗格栅(内径8.0 m1.8 m),壁厚0.5 m两格泵池(内径10.0 m8.05 m)及壁厚0.2 m出水阀门井(内径4.1 m17.0 m)底板厚均为0.6 m,飞边宽度0.5 m,顶板厚0.12 m。该工程采用相对标高,场坪标高为0.0 m,水池顶板为0.2 m,地下抗浮设计水位为-0.5 m,工艺最高水位为-4.25 m。为满足引入工业污水要求,需对单格泵池增加
8、4.5 m高隔墙一道,壁厚0.3 m。改造后水池划分:将临近外池壁一格作为工业用水格,将另一格与未改造依靠闸门洞口联通,用作生活污水格。图 1有限元模型轴测图及水池剖面图4不同假设模型下的底板内力计算4.1基于 Winkler 假设地基模型的水池有限元模型基于改造水池设计信息建立有限元模型详见图1。本水池有限元模型按改造前后水池布置分别建立模型,最大单元宽度取0.5 m进行网格划分。主动土压力系数Ka取1/3,外土重度取18 kN/m3,地下水重度取10 kN/m3,池内污水重度取10.5 kN/m3;屋面不上人活荷载取0.5 kN/m2,池顶上人活荷载取2.0 kN/m2;面附加恒载以建筑做
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