钢筋混凝土圆形水池设计注意事项的探讨

钢筋混凝土圆形水池设计注意事项的探讨 钢筋混凝土圆形水池设计注意事项的探讨 科技信息0本刊重稿oSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2009年第7期 钢筋混凝土圆形水池设计注意事项的探讨 夏冰华刘远才王谦 (西南林业大学交通机械与土木工程学院云南昆明650224) 【摘要】钢筋混凝土圆形水池被广范应用于给水排水_T-程中.本文针对此类水池结构设计的方法和特点,探讨了初估尺寸,建立计算简 图,内力计算和构造设计的设计要点及注意事项,并提出了改进设计的建议,将有利于提高钢筋混凝土圆形水池设计的合理性和可靠性. 【关键词】特种结构;钢筋混凝土圆形水池;计算简图;内力计算;构造设计 钢筋混凝土圆形水池是给水排水工程中重要的构筑物之一.钢筋 混凝土圆形水池按有无顶板,可分为无顶板的开敞式池和有顶板的封 闭式池;按构件组合方式,可分为池壁与底板整体式池和池壁与底板 分离式池.钢筋混凝土圆形水池(以下简称圆形水池)主要由池壁,底 板和顶板三部分组成. 本文从初估尺寸,建立计算简图,内力计算,构造设计四个方面. 探讨了圆形水池结构设计的要点及有关注意事项. 1.初估尺寸 一 般工程中,圆形水池的主要外部尺寸(如水池高度,底板直径 等)已经由工艺要求所确定,结构设计中主要是确定圆形水池构件池 壁厚度,底板厚度和顶板厚度. 1.1池壁厚度 对于池壁厚度起控制作用的主要是环向抗裂.所以在设计初始阶 段时,最好按环向抗裂要求对池壁厚度进行估算,即在确定圆形水池 计算简图后,可根据计算简图算出池壁所受到的环向力,再根据按环 向力作用下不允许出现裂缝的要求,反算出所需的最小池壁厚度池 壁厚度一般不宜小于200ram,单面配筋的小型水池池壁,可不小于 120ram. 1.2底板和顶板厚度 底板厚度,般不宜小于200ram.顶板厚度一般不宜小于120mm. 且在靠近支座截面处要满足V?0.713d,bh.的要求.其中V是剪力最大 设计值,b为沿周边取1m弧长,即b=1000mm. 2.建立计算简图 圆形水池主要由顶板,池壁,底板三部分组成.它们之间的连接不 同会使得计算简图的建立也不同,因此,合理选择连接方式对工程具 有实际意义. 2.1池壁与底板计算简图的建立 2.1.1池壁与底板整体连接时 实际工程中,由于池底板的柔度及地基的变形.很难做到壁底固 结,致使实际环向拉力大于理论分析结果,设计偏于不安全,其实际情 况应为介于这两者之间的某种弹性连接条件.故将池壁与底板连接视 为弹性固结的计算简图将更加合理. 2.1-2池壁与底板分离时 池壁与底板分离时,池壁与底板的连接视为铰接.其特点是底板 不参与水池主体结构的受力,池壁外部受拉,内部受压.有宜于池壁的 防渗,且可减小池壁的厚度,减轻整个水池的自重.对于地基较弱或大 型水池的设计,宜将池壁与底板设计为分离式. 2.2池壁与顶板计算简图的建立 2.2.1顶板直接搁置于池壁上时 对于顶板而言,顶板与池壁间的连接应考虑为铰接.对于池壁而 言,顶板的刚度远远小于池壁,因此,应将池壁与顶板的连接端考虑为 自由端. 2.2.2池壁与顶板整体浇筑并配置连续钢筋时 对于顶板而言,通常分两种情况考虑.当池壁的抗弯刚度远大于 顶板抗弯刚度时,应将顶板的周边视为固定端支座:当池壁的抗弯刚 度与顶板抗弯刚度相差不大时,应将顶板的周边视为弹性固定端支 座. 对于池壁而言,由于池壁为空间结构,而顶板为平面结构.因此. 池壁比顶板具有更大的抗弯刚度.但在实际受力中,池壁与顶板之间 可以发生微小的转动,因此,应将池壁与顶板的连接考虑为弹性固结. 实际应用表明,若池壁顶部与顶板固结,由于内压和顶板荷载作 用,会造成顶板与池壁连接处作用力矩不平衡,此时顶板边缘的负弯 矩将有助于减轻顶板的受力.尽管对于小直径顶板不明显.但当顶板 直径较大时,对顶板受力是有利的.与此同时,壁顶内侧受压,这一点 对池壁的防渗漏也是有利的.所以,对于大型圆形水池,宜将池壁顶部 与顶板连接设计为固结 3.内力计算 圆形水池的内力分析主要是进行池壁,顶板和底板的内力计算. 当顶板与池壁的约束情况确定后.顶板的内力可查表求得.在此不做 叙述.本文主要探讨池壁内力和底板内力的计算问. 3.1池壁内力计算 圆形水池池壁内力分析方法常用的主要有圆柱壳理论和弹性地 基梁分析法.这些方法主要是在假设的条件下建立微分方程,通过不 同情况下池壁与顶板,池壁与底板连接形成的约束条件.求解微分方 程,其计算非常繁琐.实际工程中,通常采用池壁高度与园柱壳弹性特 征系数比值法进行简化计算…. 3.2底板内力计算 底板内力来源于池底荷载,即使底板产生弯矩和剪力的那部分地 基反力.因此,进行底板内力分析时,关键是确定地基反力. 3.2.1地基反力的简化计算假定 在计算地基反力时.常用的是线性分布假定和文克尔假定.在圆 形水池设计时,不同假定应用于不同情况的水池. 3.2.2线性分布假定 线性分布假定成立的前提条件是地基条件良好,上部结构刚度 大,荷载分布均匀.实际工程中,常采用静力平衡法计算,即地基反力 是线性分布,只要求满足静力平衡条件,忽略变形协调条件,故计算结 果是相当近似的.此法仅适用于池型小,容积小的小型水池,为手工计 算的简便方法[41. 3.2.3文克尔假定 文克尔假定地基表面某点的沉降与其它点的压力无关.把地基土 体划分成许多竖直的土柱,每条土柱可用一根独立的弹簧来代替.如 果在这种弹簧体系L施加荷载,则每根弹簧所受的压力与该弹簧的变 形成正比.该假定的地基反力呈非线性分布.能很好地反应地基的真 实受力.其计算表达式为: P=k(1) 式中:P一底板下某点处的地基反力,kPa: 一 基床系数,kN/m: 6,底板下某点处的地基沉降,m; 由式(1)可以,求出P的关键在于求k.一般工程上对值的计 算方法可通过有限元数值解法利用计算机计算.若需手工计算,可采 用内插求得[5】. 此法适用于池型大,容积大的大型水池或者地基承载能力差的水 池. 4.构造设计 水池作为特殊结构.在使用要求,结构形式,作用荷载及施工方法 等方面与一般房屋结构相比具有其特殊性.构造设计时,除了通过计 算来满足水池的强度,稳定和裂缝宽度要求外.更应该采用构造措施, 加强结构的整体刚度,增强其防水,抗渗和耐冻性能.构造设计时主要 应注意事项如下. 4.1池壁与底板铰接连接时,池壁内竖向钢筋应交叉穿过施工缝, 在施工缝底上下游两边开槽并用麻絮填塞,以保证施工缝传递剪力而 不传递弯矩,形成铰接连接.(下转第70页) 13 科技信息0机械与电子0SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2009年第7期 建筑塔式起重机拆装作业中的事故原因分析 赵天超 (阜新市锅炉压力容器检验所辽宁阜新123000) 【摘要】塔式起重机具有多种机型和良好的技术性能,已成为中应用最广的起重机械.由于塔机高空作业的特点,其诱发不安全 因素较多.本文就塔式起重机拆装作业中事故诱发原因作了系统的分析,以供同仁参考. 【关键词】塔式起重机;拆装;事故;原因 塔式起重机(以下简称塔机)具有多种机型和良好的技术性能,已 成为建筑施工中应用最广的起重机械.由于塔机高空作业的特点,其 诱发不安全因素较多.从我国近年塔机的事故案例来看,主要发生在 塔机的装拆过程中,其余则是因管理人员和塔机司机在安全操作和口 常维护方面的责任造成.现就塔机拆装事故诱发原因作简分析,供 同仁参考并指正. 拆装作业中事故往往是因拆装公司的拆装人员违规操作造成的, 有的是拆装前未能仔细检查塔机的各项性能;也有的是制宝的安,拆 未考虑拆装时可能遇到偶然突发因素的可能性,如天气状况变 化,供电情况变化等.而发生事故较多的是拆装时销轴脱落,前后臂受 力不平衡而引起的折臂伤人事故.其次,由于频繁拆装.受力变化大, 塔身顶升或降落时爬爪未就位或上部结构不平衡等原因造成的事故. 从统计数据分析来看,拆装事故诱发原因主要如下: (1)拆装作业时,为图省事方便,违反操作规程,先拆起重臂,此时 平衡臂上配重未拆除,导致重量不平衡,发生塔机折臂事故.因此塔机 安拆时要注意塔式起重机前后臂的平衡,严禁只拆装一个臂就中断作 业. (2)顶升作业后,引入节之前,旋转起重臂,造成折臂事故.由 于此时塔身与起重臂,平衡臂公靠套架连接,必须使起重臂和平衡臂 处于平衡状态,并将f转部分制动住,严禁回转起重臂作业.顶升中如 发现故障,必须立即停止顶升,进行检查,待故障排除后方可继续顶 升.对于短时间内不能排除故障,应将顶升套架降到原位,并及时将各 连接螺栓紧固. (3)动臂式塔机,拆装时行走轮滑动,此时未将夹紧,导致整机倾 覆.在架设过程中,结构和钢丝绳的受力以及在立塔初始阶级最为不 利,随着塔架起升则减小.在拆塔过程中,以塔架即将完全卧倒时受力 最大.因此,在塔架开始起升或即将卧倒时,必须缓慢进行,并加强各 主要部位的检查和观察.特别注意夹轨钳的夹紧状况. (4)塔工起重机拆除作业时,违反操作规程,提前拆除标准节螺栓 使塔机处于失稳状况而倒塔.由于此时拆除塔身标准节,上部结构的 重心未进行平衡,势必造成上部结构向重的方向倾翻.这时顶升套架 的强度已不足以支承不平衡的上部结构,发生破坏. (5)在拆除回转台与塔身标准节之间的连接螺栓(销子)时,出现 一 处螺栓拆装困难,采用以旋转起重臂动作来松动螺栓(销子)寻找平 衡点.应绝对禁止,这时套架的强度也不可能支承上部结构.正确的做 法是将其对角方向的螺栓重新插入,再采取其他措施. (6)塔机顶升时,主要由顶升套架和2侧的爬爪支座支撑.而当爬 爪支座发生裂纹和损坏时,再次顶升时就造成破坏,此时顶部标准节 已经拆除,【口]转下支座与塔身之问有一节标准节的距离,套架连同上 部结构一起下落.造成平衡臂,起重臂弯折.这就要求我们拆装人员在 安装拆卸时,一定要加强对关键部件的检查和监督,及时采取措施. (7)拆卸前,后臂不平衡出现上翘现象,对打销轴人威胁最大,威 胁最大,甚至有生命危险.拆卸前,后臂应严格按照使用说明书要求, 选择吊点,找出吊索的平衡点.吊索的夹角不要超过120.,夹角超过 120o使吊索产生一个巨大的水平分力,产生断裂. f8)在拆除附着式塔机的锚固装置时,应随着降落塔身的进程拆 卸相应的锚固装置,严禁在落塔之前先拆锚固装置.当拆锚固装置时, 塔身自由高度超过独立高度时,就会发生倒塔事故. 综上所述,为进一步减少塔机拆装过程的事故发生,主要应加强 对起重设备管理人员及操作人员的培训,提高他们的业务素质.特别 应注意塔机拆装中的工艺要点.如高强度螺栓的预紧力矩,销轴的轴 向固定.顶升横梁与顶升踏步的可靠支承,安装和顶升时上部结构的 平衡同时,安装后的起重机械要经过法定检验机构检验,合格后方可 使用. 作者简介:赵天超,助理I程师,任职于辽宁省阜新市锅炉压力容器检验 所. (上接第13页)4.2池壁与底板固接连接时,池壁内竖向钢筋应深 入并锚固在底板内.为防止施工缝不被渗透,还应设置止水.止水可用 铜,镀锌铁皮等金属材料或塑胶等制作,具有抗侵蚀性,并在形状和构 造上能经受接缝两侧可能出现的容许相对位移. 4.3底板浇筑时.最好分块分批浇筑,浇筑缝处应设置止水和配置 钢筋,以防止渗漏使底板受力连续. 4.4圆形水池的周长大于60m时,可以设置后浇带.后浇带宽度 一 般为500,1000ram,问距可取25m. 4.5水池各部位受力钢筋宜采用直径较小的钢筋配置,每米宽度 的池壁和板内,受力钢筋不宜少于4根,且不超过l0根. 4.6池壁角隅处应设置水平加强钢筋.配筋率不小于0-3%.伸入 邻壁长度不小于l000ram 4.7池壁顶部可以设嚣加强圈梁,圈梁常配4'p12的环筋,箍筋不 少于~6@250. 5.结语 钢筋混凝土圆形水池做为给水排水【程中常见的特种结构,其设 [责任编辑:张慧] 计具有一定的特殊性.在实际工程设计中,只有选取合理的结构方案, 假定边界条件尽量与实际情况相符合,正确运用结构计算简图和计算 公式,并结合构造特点进行合理的构造设计,设计的钢筋混凝土圆形 水池才会更加合理与可靠. 【参考文献】 f1]给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程(CECS138:2002).北京:中国 建筑工业出版社,2003. 『2]李着琛编着.特殊结构北京:清华大学出版社,1988. :同济大学出版社,2008. 『3l张韬编着.钢筋混凝土与水工程结构.上海 [4]陈载斌等编着.钢筋混凝土建筑结构与特种结构手册.成都:四JI『科学技术 出版社,1991. 『51动力机器基础设计规范(GB50040--96).北京:中国建筑工业出版社,l996 ※基金项目:本文受森林工程重点学科建设项目资助. [责任编辑:张艳芳]