二沉池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(chǎng)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(jì)時(shí)，池壁豎向計(jì)算模型往往采用底端鉸接，上端懸臂來計(jì)算，一般采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)即可滿足強(qiáng)度、抗裂度要求。水平計(jì)算模型按整體圓環(huán)進(jìn)行計(jì)算，因水池直徑較大，池壁在水壓力作用下會(huì)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(qiáng)度、抗裂度要求。通過大量的工程實(shí)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(guó)石油廣西石化1000萬噸/年煉油工程污水處理場(chǎng)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(jì)水深4.50m。本工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，*組。二沉池底板厚度400mm，外挑長(zhǎng)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(gè)錨固肋，突出池壁外側(cè)300mm，長(zhǎng)度1.65m?？垢≡O(shè)計(jì)地下水位為其所在位置地面下1.20m。場(chǎng)地通過強(qiáng)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(jì) 
　   1.設(shè)計(jì)方法 
　　對(duì)圓形水池底板的內(nèi)力計(jì)算方法主要有查表計(jì)算法、簡(jiǎn)化模型按彈性地基梁法計(jì)算、解析法以及有限元分析法等。《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中彈性地基上圓板的計(jì)算， 可根據(jù)具體情況把底板簡(jiǎn)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(jiǎn)單的荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。 

　　2. 計(jì)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(gè)加勁環(huán)。圓柱殼由于受力明確，計(jì)算方法較為成熟，但水池底板的設(shè)計(jì)則較為復(fù)雜。將池壁與底板設(shè)計(jì)為柔性連接， 在計(jì)算底板內(nèi)力時(shí)就可以直接將底板簡(jiǎn)化成為周邊鉸接的圓形板。通過文克爾地基上的板殼元計(jì)算模型，經(jīng)有限元整體計(jì)算池底板在各種荷載作用下的內(nèi)力。在簡(jiǎn)化模型時(shí)考慮圓形水池的軸對(duì)稱形式， 截取底板的四分之一進(jìn)行計(jì)算， 以減少計(jì)算時(shí)所占的空間， 在截取的邊界上用邊界元進(jìn)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(jiǎn)化為施以轉(zhuǎn)動(dòng)約束的垂直向集中力的作用。 
　　3.內(nèi)力計(jì)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(jì)算得到的結(jié)果相對(duì)比較準(zhǔn)確，如果底板所受的浮力大于地基反力時(shí)， 彈簧就會(huì)對(duì)底板產(chǎn)生拉力， 而實(shí)際上這種拉力是不存在的，因?yàn)楫?dāng)?shù)装逑蛏瞎捌饡r(shí)， 拱起部位就脫離了地基對(duì)它的作用，此時(shí)底板要產(chǎn)生內(nèi)力重分布。為此需要定義彈簧受壓時(shí)位移為負(fù)， 受拉時(shí)位移為零。 


　　4.內(nèi)力分析 
　　（1） 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(diǎn)會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhǎng)度、基土類別及池外覆土深度對(duì)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(zhǎng)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(jiǎn)化為一般的圓形平板來進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮加勁環(huán)剛度變化而引起的內(nèi)力變化，否則，計(jì)算誤差較大。