一种圆形水池环向预应力钢筋配筋计算及张拉方法技术

本发明专利技术公开了一种圆形水池环向预应力钢筋配筋计算及张拉方法，构建高水位大体积圆形水池

【技术实现步骤摘要】
一种圆形水池环向预应力钢筋配筋计算及张拉方法


[0001]本专利技术涉及一种圆形水池环向预应力钢筋配筋计算及张拉方法，属于圆形水池结构设计和施工


技术介绍

[0002]对于调水工程中高水位大体积圆形水池结构，在高内水压力作用下，圆形过流水池的池壁环向拉力较大，池壁竖向裂缝控制是主要问题。对于水池结构地面以下部分，地下水和围岩抗力可以抵消一部分内水压力，采用钢筋混凝土衬砌；对于水池结构的地面以上部分，内水压力则完全由池壁承受，环向抗裂可能满足不了要求，需要采用预应力混凝土来控制池壁裂缝。然而，目前对于地面以上部分水池高度大于30m的超大体积圆形水池结构，尚无可供借鉴的预应力配筋方法和张拉技术。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种圆形水池环向预应力钢筋配筋计算及张拉方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种圆形水池环向预应力钢筋配筋计算方法，包括：
[0005]获取目标水池的设计信息，所述设计信息包括几何信息以及地基范围沿水池径向扩展的外伸范围，根据所述几何信息以及地基范围沿水池径向扩展的外伸尺寸信息建立高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型；
[0006]根据预先确定的荷载条件、地基外围的边界条件以及所述高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型计算目标水池的径向应力和环向应力；所述荷载条件包括目标水池的水池自重、设计水位以及目标水池所在地的气温；<br/>[0007]根据所述目标水池的径向应力和环向应力以及所述高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型计算高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型不同高程处的环向轴力、环向弯矩；
[0008]根据所述环向轴力、环向弯矩计算得到目标水池边缘的混凝土法向应力，再根据所述混凝土法向应力计算各段需配置的预应力钢筋的配筋量。
[0009]进一步的，在计算得到各段需配置的预应力钢筋的配筋量后，计算各高程处配筋量的差值，将相差10％以内的高程统一取较大的配筋量作为最终的配筋量。
[0010]进一步的，所述几何学信息包括：水池高度、水池池壁厚度、进水管位置和尺寸、出水管位置和尺寸，所述水池高度包括水池地面以上部分高度和水池地面以下部分高度。
[0011]进一步的，所述外伸范围为水池地面以上部分高度H的2倍以上。
[0012]进一步的，根据预先确定的荷载条件、地基外围的边界条件以及所述高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型采用有限元法计算得到柱坐标系(r,θ,z)下的目标水池的径向应力σ
r
和环向应力σ
θ
，r,θ,z分别表示柱坐标系的径向坐标、环向坐标和竖
向坐标。
[0013]进一步的，所述根据所述目标水池的径向应力和环向应力以及所述高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型计算高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型不同高程处的环向轴力、环向弯矩，包括：
[0014]将所述高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型中的水池地面以上部分沿高程方向划分为若干段高程，沿每段高程的环向取若干截面，根据所述径向应力、环向应力积分得到各高程处每个截面的环向轴力N
ci
、环向弯矩M
ci
；
[0015]分别取各高程处所有截面中环向轴力和环向弯矩的最大值作为该高程处的环向轴力F
N
和环向弯矩M。
[0016]进一步的，所述每个截面的环向轴力、环向弯矩的计算公式为：
[0017]N
ci
＝∫σ
ri
d
·
h
e
[0018]M
ci
＝∫σ
θi
(r
‑
r0)d
·
h
e
[0019]式中，N
ci
为该截面的环向轴力，M
ci
为该截面的环向弯矩，h
e
为该高程处的单元高度，所述单元高度为构建好的所述高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型的单元网格对应的高度，r0为截面形心处的半径，σ
ri
为该截面的径向应力，σ
θi
为该截面的环向应力。
[0020]进一步的，所述预应力钢筋的配筋量的计算公式为：
[0021][0022]式中，A
p
为预应力钢筋的配筋量，A0为换算截面面积，f
yp
为预应力钢筋的有效预应力，σ
ck
为水池边缘的混凝土法向应力。
[0023]所述换算截面面积的计算公式为：
[0024]A0＝A
c
+α
E
A
s
+α
E
A
′
s
[0025]式中，A
c
为混凝土截面面积，A
c
＝bh，b为水池壁厚，h为单位高度；α
E
为普通钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；A
s
为配置普通钢筋时计算得到的池壁内侧的配筋量；A
′
s
为配置普通钢筋时计算得到的池壁外侧的配筋量。
[0026]所述水池边缘的混凝土法向应力包括水池内侧边缘的混凝土法向应力σ
ck1
和水池外侧边缘的混凝土法向应力σ
ck2
；
[0027]所述水池内侧边缘的混凝土法向应力σ
ck1
的计算公式为：
[0028][0029]所述水池外侧边缘的混凝土法向应力σ
ck2
的计算公式为：
[0030][0031]式中，w为弯曲截面系数，对于矩形截面
[0032]进一步的，所述沿高程方向划分为若干段高程的方式的确认过程，包括：
[0033]方式一：每划分为一段，H为水池地面以上部分高度水池地面以上部分高度；
[0034]方式二：每3～5米为一段；
[0035]取方式一和方式二中较大值为最终的划分方式。
[0036]一种圆形水池环向预应力钢筋张拉方法，
[0037]在水池池壁中间预埋预应力筋埋置管道，利用所述的圆形水池环向预应力钢筋计算方法计算得到各段需配置的预应力钢筋的配筋量，在所述预应力筋埋置管道配置预应力钢筋，在水池池壁外侧沿圆周方向每90
°
角设置一个扶壁柱，用于预应力钢筋的张拉和锚固；
[0038]水池各段高程每圈预应力钢筋分为两段张拉，每一段预应力钢筋的圆心角为180
°
，张拉时两端同时张拉；
[0039]沿水池高程方向每3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆形水池环向预应力钢筋配筋计算方法，其特征在于，包括：获取目标水池的设计信息，所述设计信息包括几何信息以及地基范围沿水池径向扩展的外伸范围，根据所述几何信息以及地基范围沿水池径向扩展的外伸尺寸信息建立高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型；根据预先确定的荷载条件、地基外围的边界条件以及所述高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型计算目标水池的径向应力和环向应力；所述荷载条件包括目标水池的水池自重、设计水位以及目标水池所在地的气温；根据所述目标水池的径向应力和环向应力以及所述高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型计算高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型不同高程处的环向轴力、环向弯矩；根据所述环向轴力、环向弯矩计算得到目标水池边缘的混凝土法向应力，再根据所述混凝土法向应力计算各段需配置的预应力钢筋的配筋量。2.根据权利要求1所述的圆形水池环向预应力钢筋配筋计算方法，其特征在于，在计算得到各段需配置的预应力钢筋的配筋量后，计算各高程处配筋量的差值，将相差10％以内的高程统一取较大的配筋量作为最终的配筋量。3.根据权利要求1所述的圆形水池环向预应力钢筋配筋计算方法，其特征在于，所述几何学信息包括：水池高度、水池池壁厚度、进水管位置和尺寸、出水管位置和尺寸，所述水池高度包括水池地面以上部分高度和水池地面以下部分高度。4.根据权利要求1所述的圆形水池环向预应力钢筋配筋计算方法，其特征在于，所述外伸范围为水池地面以上部分高度H的2倍以上。5.根据权利要求1所述的圆形水池环向预应力钢筋配筋计算方法，其特征在于，根据预先确定的荷载条件、地基外围的边界条件以及所述高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型采用有限元法计算得到柱坐标系(r，θ，z)下的目标水池的径向应力σ
r
和环向应力σ
θ
，r，θ，z分别表示柱坐标系的径向坐标、环向坐标和竖向坐标。6.根据权利要求5所述的圆形水池环向预应力钢筋配筋计算方法，其特征在于，所述根据所述目标水池的径向应力和环向应力以及所述高水位大体积圆形水池
‑
地基系统三维有限元网格模型计算高水位大体积圆形水池
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地基系统三维有限元网格模型不同高程处的环向轴力、环向弯矩，包括：将所述高水位大体积圆形水池
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地基系统三维有限元网格模型中的水池地面以上部分沿高程方向划分为若干段高程，沿每段高程的环向取若干截面，根据所述径向应力、环向应力积分得到各高程处每个截面的环向轴力N
ci
、环向弯矩M
ci
；分别取各高程处所有截面中环向轴力和环向弯矩的最大值作为该高程处的环向轴力F
N
和环向弯矩M。7.根据权利要求6所述的圆形水池环向预应力钢筋配筋计算方法，其特征在于，所述每个截面的环向轴力、环向弯矩的计算公式为：N
ci
＝∫σ
ri
dr
·...

【专利技术属性】
技术研发人员：江守燕，欧泽锋，严振瑞，郭泽锋，杜成斌，孙立国，陈玉泉，
申请(专利权)人：广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：