超长水池温度应力分析及探讨

齐璐

摘 要：本文结合工程实例，采用公式简化计算法、有限元简化计算法和有限元整体计算法，计算水池长度、地基水平阻力系数Cx取值对超长水池池体温度应力的影响。根据计算所得温度应力，通过提高混凝土的配筋率、严格执行构造和施工措施来降低温度应力的影响，从而适当调整伸缩缝间距，并满足裂缝控制要求。为优化超长水池的结构方案提供理论和数值依据。

关键词：超长混凝土水池;温度应力

1工程概况

某超大圆形水池，设计规模200000m3，占地1808.6m2;该水池为半埋式钢筋混凝土圆形敞口水池.水池池壁的混凝土等级为C40，池底为C30.池体内径为48.0m，池高5.0m，高出地面1.5m，水池的平面和池底剖面如图1所示。本文以该水池为例进行研究。

2结构方案及讨论

该水池为超长水池，根据伸缩间距的不同，可分为两个方案，具体内容如下：如果放宽伸缩缝间距至40m～45m，池体长方向应设置4道伸缩缝，宽度方向伸缩缝取消，则止水带长度为454.4m。

增加了更多的伸缩缝和橡胶止水带的长度，对于超长池体，必然破坏了水池结构整体性和对称性，降低了水池使用的可靠性，增加了后期维护的难度。

伸缩缝和橡胶止水带的长度相较于方案一减少了759.6m，且宽度方向伸缩缝取消，避免了伸缩缝的交叉，整体性更好，方案更为合理。但是方案二伸缩缝间距超过规范限值的50%，温度变化对池体结构有着不可忽视的影响。需要对池体温度应力的分布进行细致的分析，并通过严格执行构造和施工措施，来降低温度应力的影响，满足超长水池的裂缝控制要求。

3不同约束方式和地基阻力系数对水池池底的影响

本文的研究对象为超大圆形半埋式水池，圆形结构在均匀受力时，受力结果会呈现均匀分布，所以本文沿半径方向将池底等分成9份，共10个数据提取点，用来分析圆形水池在整体降温25℃时，不同池底约束方式和地基阻力系数对水池池底弯矩的影响.

可以发现，池底的径向和切向弯矩变化趋势基本相同，当池底约束状态为全约束时，无相对变形和位移，故无径向和切向弯矩的产生.而当池底约束状态为弹性约束时，在池壁与池底交接处0.4R（R为水池半径）范围内，池底径向和切向弯矩有显著变化，均是由池底上部受拉逐渐转变为下部受拉.在0.4R至池底中心范围内，温度引起的变形很小，所以弯矩值中看出，地基水平阻力系数的改变对池底径向和切向弯矩也有一定影响.当地基阻力系数由0.03N/mm3减小到0.02N/mm3时，池底最大径向弯矩由95.2N·m变为80KN·m，下降了16%，最大切向弯矩则由24.2KN·m减小到20KN·m，降低了17%;当地基阻力系数变为0.01N/mm3時池底最大径向弯矩和切向弯矩分别下降了37%和35%。通过分析发现，当池底的约束作用由全约束变成弹性约束时，池底将会分担一部分由降温作用引起的弯矩;且地基阻力系数越小，池底弯矩值越小，所以改变池底的约束方式和减小地基阻力系数可有效降低池底因降温作用引起的弯矩.

4圆形水池温度应力

圆形水池中引起的温度应力较复杂，除池壁存在壁面温差外，架空池底也存在壁面温差，温度也不像矩形水池分布均匀。有限元模型采用壳单元模拟池壁和池底板，线单元模拟梁柱。

结语

本文针对某超大圆形半埋式水池采用有限元分析软件SAP2000建立该水池的模型，分析了不同池底约束方式和不同地基阻力系数对水池温度应力的影响，得出以下结论：1）池底约束方式为弹性约束时，池壁的环向应力和弯矩较全约束状态下均有降低，由此说明，池底约束程度的减小对池壁温度的降低有积极作用。另外，减小地基阻力系数的值，可降低池壁的温度应力。2）对于水池池底，改变池底的约束方式可有效减小池底弯矩的值，从而降低温度应力，由池底弯矩对比图可看出，弹性约束状态下池底弯矩值比全约束状态下小很多，而改变地基阻力系数的大小，对降低温度应力有一定作用。

参考文献

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