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二沉池結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，生產(chǎn)和生活用水量在不斷增加，污水處理量也在大幅提高， 從而污水處理場二沉池的容積也越來越大。
二沉池即為二次沉淀池，是污水處理系統(tǒng)的重要組成部分，其作用主要是使污泥分離，使混合液澄清、濃縮和回流活性污泥。一般為圓形敞口水池，池壁高度不大，直徑較大。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，池壁豎向計算模型往往采用底端鉸接，上端懸臂來計算，一般采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)即可滿足強度、抗裂度要求。水平計算模型按整體圓環(huán)進行計算，因水池直徑較大，池壁在水壓力作用下會產(chǎn)生很大的環(huán)向拉應(yīng)力，若采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)很難滿足水池的強度、抗裂度要求。通過大量的工程實踐，池壁采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)能夠有效地解決這一問題。
工程概況
中國石油廣西石化1000萬噸/年煉油工程污水處理場內(nèi)建有兩座二沉池， 圓形敞口，直徑為38.80m ， 池壁高度4.80m，埋深為0.90m ，池內(nèi)正常設(shè)計水深4.50m。本工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g，*組。二沉池底板厚度400mm，外挑長度500mm，采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，C35混凝土澆筑。池壁厚度300mm，采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，C40混凝土澆筑。沿池壁外側(cè)均布設(shè)置6個錨固肋，突出池壁外側(cè)300mm，長度1.65m。抗浮設(shè)計地下水位為其所在位置地面下1.20m。場地通過強夯處理，其處理后的地基承載力特征值fak≥250kPa，壓縮模量Es ≥20Mpa。
水池圓形底板設(shè)計
1.設(shè)計方法
對圓形水池底板的內(nèi)力計算方法主要有查表計算法、簡化模型按彈性地基梁法計算、解析法以及有限元分析法等?！督o水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》中彈性地基上圓板的計算， 可根據(jù)具體情況把底板簡化成為彈性地基上周邊自由的圓板或周邊定向約束的圓板在均布力、邊緣力、邊緣力矩幾種簡單的荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。
2. 計算模型的建立
二沉池由圓柱殼和向中心傾斜的底板組成。根據(jù)工藝要求， 中心設(shè)置中心筒，在底板中心處形成了一個加勁環(huán)。圓柱殼由于受力明確，計算方法較為成熟，但水池底板的設(shè)計則較為復(fù)雜。將池壁與底板設(shè)計為柔性連接， 在計算底板內(nèi)力時就可以直接將底板簡化成為周邊鉸接的圓形板。通過文克爾地基上的板殼元計算模型，經(jīng)有限元整體計算池底板在各種荷載作用下的內(nèi)力。在簡化模型時考慮圓形水池的軸對稱形式， 截取底板的四分之一進行計算， 以減少計算時所占的空間， 在截取的邊界上用邊界元進行約束， 底板的周邊為鉸結(jié)約束， 中心處將中心筒的作用簡化為施以轉(zhuǎn)動約束的垂直向集中力的作用。
3.內(nèi)力計算
文克爾地基上的板殼有限元分析，是以水池與地基土共同工作為前提，來確定地基反力的分布，可較地求出水池結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。
假定地基每單位面積上所受的壓力與相應(yīng)的地基沉降量成正比，即將地基的作用模擬為一系列的彈簧， 彈簧的剛度根據(jù)地基的基床系數(shù)確定。
這種計算得到的結(jié)果相對比較準確，如果底板所受的浮力大于地基反力時， 彈簧就會對底板產(chǎn)生拉力， 而實際上這種拉力是不存在的，因為當?shù)装逑蛏瞎捌饡r， 拱起部位就脫離了地基對它的作用，此時底板要產(chǎn)生內(nèi)力重分布。為此需要定義彈簧受壓時位移為負， 受拉時位移為零。
4.內(nèi)力分析
?。?） 地基反力的分布除與底板剛度、荷載大小及荷載分布有關(guān)外，還與土的類別和變形特性，以及基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)形狀等多種因素有關(guān)。
?。?） 池壁與底板為柔性連接，但在池內(nèi)水作用下，池壁與底板連接點會發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向與側(cè)向水壓力的方向一致，故池壁內(nèi)側(cè)根部的豎向彎矩有所減小，上部環(huán)拉力則相應(yīng)增大。
（3） 底板的外挑長度、基土類別及池外覆土深度對底板邊緣處的地基反力及池壁外側(cè)根部的豎向彎矩影響較大，底板的外挑長度增大，則底板邊緣處的地基反力減小，而池壁外側(cè)根部的豎向彎矩增大。
?。?） 底板受中心筒處加勁環(huán)的影響，中心筒處底板的徑向、環(huán)向彎矩不能簡化為一般的圓形平板來進行內(nèi)力計算。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須考慮加勁環(huán)剛度變化而引起的內(nèi)力變化，否則，計算誤差較大。
