某污水处理池结构分析与计算

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会某污水处理池结构分析与计算黄超季静韩小雷(华南理工大学建筑学院．广州510640)摘要：污水处理池是一种较为特殊的结构，其受力以静水压力为主，恒载为控制荷载。本文针对某地污水处理池渗漏现象首先使用通用有限元分析软件sAP2000建立该水池模型，通过计算得出其受力最不利位置，再对其进行结构受力和裂缝分析最后提出该结构渗漏的关键问题所在，也为以后该种结构设计提供了一种方法关键词：污水处理池，特殊结构，静水压力，裂缝分析一、引言近年来，环境保护越来越引起人们的关注，备地不断自d大城市污水治理的投资，兴建各类污水处理厂，以便实现各自的环保目标。为保护各地流域水体

2、，污水处理厂均倾向于采用二级或二级强化处理工艺，处理区的主要构筑物为污水处理池。污水处理池的介质为污水，由于其长期受水压力作用和处于潮湿环境叶】，裂缝控制等级为严格不开裂。图1所示为广东省某污水处理池的结构示意罔，池高9．3m，半径为9．6m，板厚200Ⅲm，梁板柱均采用c30混凝土。该池已于2006年建成并投入使用(如图2所示)。但在使用过程中发现钢筋混凝上梁板连接处出现渗漏现象(如图3所示)，严重影响了处理池的使用和工作进度。1780④a)平面布置图b)立面图图1污水处理池的结构示意图图2污水处理池全景图3梁扳连接处渗漏工业建筑2007增刊第七届全国现代结构_丁程学术研讨会二、建立

3、模型(一)建立几何模型使用sAP2000有限元分析软件，按结构及建筑图纸L标明的结构几何尺寸，建立有限元几何模型如图4、图5所示。其中粱、柱采用杆系单元，板采用薄壳单元，粱板之间定义边约束使之协同工作。图4俯视模型图(二)荷载取值及输入根据《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069—2002，简称《给排水规范》)第4．1．2条“永久作用应包括：结构和永久设备的自重、土的竖向压力和侧向压力、构筑物内部的盛水压力，结构的预加应力、地基的不均匀沉降”与第5．2．2条“对于贮水池、水处理构筑物、地下构筑物等可不计算风荷载效应”，该结构计算荷载时仅考虑结构自重与静水压力荷载。静水压力按恒

4、载计算，其大小(kN／一)随水池深度线性增加，方向与侧壁垂直。原结构梁顶突出池面0．4m，因此设计水位为9．7m。具体如图6所示。分析中采用节点样式输入面荷载的方法，对壳单元输入静水压力。输入的荷载为荷载标准组合。‘三、结构内力分析结果圈5实体模型图图6结构荷载示意图(一)框架变形及内力图在装满水时整体结构变形示意图如图7一a所示，框架轴力示意图如图7-b所示，竖直方向剪力、弯矩示意图如图7一c、图7一d所示，水平方向剪力、弯矩示意图如图7一e、7一f所示。工业建筑2007增刊a)结构变形示意图b)框架轴力示意图178l第七届全国现代结构T程学术研讨会c)框架竖直平面剪力示意图d)框架

5、竖直方向弯矩示意图e)框架水平方向剪力示意图f)框架水平方向弯矩示意图图7框架整体分析(二)壳(侧壁及筏基底扳)内力图，．图8一a为扳中平行KL一2(按结施修改第1张图编号)方向的板面应力示意图。应力图中拉应力为正，压应力为负。图8_b分别为扳中垂直KL一2方向的板面应力示意图。图8一c为板面最大应力示意图。图中单位均为MPa。1782a)平行KL～2方向的板面应力示意图b)垂直KL一2方向的板面应力示意图c)最大扳面应力示意图图8壳整体分析图工业建筑2007增刊兰主旦全型婴垡竺塑兰型堂查竺堕叁一从以上分析结果看来，该结构中每个反应池受力沿中心对称，因此可取一个反应池的l／8进行结构分

6、析。(三)框架粱内力分析结果，框架(粱、柱)编号如图9所示，由于渗漏主要山现在KL一2处，，因此对KL一2进行内力分析，内力计算结果如表l所示。框架内力分析结果阿如图10所示。表1KL一2内力计算结果枷、珊二组合内力左支座(267)跨中(265)右支座(263)垂自剪力(kN)15486-011．1556l弯奸一(kN·m)．16231956l一162．9方向扭矩(kN·n】)一15280．0915-34水平剪力(kN)一5382_008535l弯矩(kN·m)5】．34—26695125方向扭矩(kN·m)．15．280．091534注：小括号内为有限元模型中的杆单元编号a)竖直方向

7、剪力图9框架编号图b)竖直方向弯矩c)水平方向剪力d)水平方向弯矩图10框架内力笼析结果图(四)板内力分析结果板单元编号如图ll所示，内力及位移计算结果如表2所示。板内力分析结果图如图12所示。工业建筑2007增刊图11板单元编号图l，13守k劲尹kr可k守。≯～厂}、、．第七厢全国现代结构工稃学术研讨会表2板内力及位移计算结果]’iJ。KI．一2山向垂直K1．一2，Jl匈标准组合内力上支座跨中F支庳寿支座路中右支座，尧译元编导7】l69969