大型不设缝预应力混凝土水池结构设计研究

摘要

大型混凝土矩形水池广泛应用于给水及污水处理工程中，是我国市政工程建设中不可缺少的构筑物，其抗渗性和耐久性非常重要。但是目前国内外学者没有对大型混凝土矩形水池不设缝设计进行详细的研究，与之相关的工程项目数量也非常少。为此，本文对该类结构的受力性能及不设缝设计方法进行研究，主要包括:
　　(1)详细阐述大型混凝土矩形水池的各种直接作用和间接作用的计算方法，其中重点介绍了有关混凝土的温度与湿度作用、收缩与徐变作用的相关科研成果和计算方法。
　　(2)引入“连续约束条件下长墙计算”理论，分析了大型不设缝预应力混凝土矩形水池在季节温差作用和预应力作用下的受力性能，推导出了相应的计算公式，公式计算结果与有限元软件计算结果吻合良好。采用ANSYS软件对季节中面温差作用下池壁应力以及水平轴向预应力作用下池壁应力进行参数分析，并得到了相关的变化规律。
　　(3)大型不设缝预应力矩形水池池壁的布筋可以进行优化设计，包括水平向温度筋的优化、水平直线与曲线混合布筋设计优化以及竖向预应力筋设计优化。水平向直线型预应力筋的优化参考了池壁在温度作用和预应力作用下的应力分布公式;而水平直线与曲线混合布筋优化认为水平曲线预应力筋和普通钢筋的数量由承载能力极限状态确定，而水平直线预应力筋的数量主要由正常使用极限状态确定;竖向预应力筋的优化与水平向类似。
　　(4)等效荷载法和分离式建模都可以在ANSYS中对预应力进行模拟，二者模拟效果相当，但是前者建模简单，但无法模拟混凝土与预应力筋的相互作用;后者可以模拟混凝土与预应力筋之间的相互作用，但是建模过程比较复杂。
　　(5)针对池壁温度应力与截面预压应力分布规律的矛盾，介绍了大型矩形水池池壁预应力优化的思路，即“分段张拉，预应力筋部分通长”，其中分段长度和不同区段预应力筋的数量由结构的抗裂度决定。
　　(6)南京市某污水处理厂属于地下式水池，通过有限元分析对比了传统预应力设计张拉方法和“分段张拉，预应力筋部分通长”设计张拉方法的计算结果，证明后者的预应力传递效率更高。
　　(7)根据裂缝控制“抗放兼施”的原则，从材料、设计构造和施工三个方面介绍了大型不设缝预应力混凝土矩形裂缝控制措施。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 工程背景

1．1．1 水池结构的分类

1．1．2 水池结构的组成

1．1．3 大型钢筋混凝土矩形水池

1．2 预应力混凝土技术的发展及在水工结构中的应用

1．2．1 预应力混凝土的基本概念

1．2．2 预应力混凝土技术的发展

1．2．3 预应力混凝土技术在水工结构中的应用

1．3 本课题的研究现状

1．4 本课题的研究目的和内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

参考文献

第二章 大型不设缝预应力混凝土水池上的作用计算与分析

2．1 大型不设缝矩形水池上的作用计算及工况组合

2．1．1 结构自重作用

2．1．2 池内水压力

2．1．3 土侧向压力

2．1．4 温度与湿度作用

2．1．5 混凝土的收缩作用

2．1．6 混凝土的徐变作用

2．1．7 地基反力与地下水浮力

2．1．8 截面验算控制工况

2．2 池壁在温度作用下的受力分析

2．2．1 壁面温差作用下池壁理论分析

2．2．2 季节(中面)温差作用下池壁理论分析

2．2．3 季节(中面)温差作用下池壁有限元分析

2．3 池壁在水平轴向预应力作用下的受力分析

2．3．1 预应力作用下池壁理论分析

2．3．2 预应力作用下池壁有限元分析

2．3．3 结论

2．4 本章小结

参考文献

第三章 大型不设缝预应力混凝土水池预应力优化设计

3．1 大型矩形水池池壁布筋设计优化

3．1．1 温度筋设计优化

3．1．2 水平直线与曲线混合布筋设计优化

3．1．3 竖向预应力筋设计优化

3．2 池壁水平向预应力筋优化设计

3．2．1 分段长度的确定

3．2．2 预应力筋数量确定——中间加密，部分通长

3．2．3 张拉顺序及锚固方式

3．3 工程实例-南京市某地下式污水处理池

3．3．1 结构温度应力

3．3．2 池壁预应力设计方案

3．3．3 结论

3．4 本章小结

参考文献

第四章 大型不设缝预应力混凝土水池裂缝控制的其他措施

4．1 前言

4．2 材料方面的裂缝控制措施

4．3 设计构造方面的裂缝控制措施

4．4 施工方面的裂缝控制措施

4．5 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

致谢