對于暗框架而言,采用傳統(tǒng)平面假定計算,暗框架布置間距范圍的內(nèi)水壓力全部由暗框架承受。由此計算計算出的暗框架結(jié)構(gòu)尺寸偏大,忽略了集水槽側(cè)壁共同受力的作用,計算方法偏保守。不能達到優(yōu)化設(shè)計,節(jié)省工程造價的目的。
以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔中央豎井左側(cè)集水槽進行有限元三維建模,進行有限元整體結(jié)構(gòu)計算。集水槽底板、側(cè)壁采用Shell181 三維殼單元,暗框架柱、框架頂梁、拉梁,承臺梁及灌注樁均采用Bea m188 三維梁單元。Shell181 及Bea m188 單元能很好地模擬集水槽各部分構(gòu)件。同時,在后處理時能提取集水槽側(cè)壁、底板、暗框架柱及梁的彎矩、剪力及軸力,方便直接用于結(jié)構(gòu)設(shè)計,進行配筋計算。三維模型中shell181 殼單元共有7342 個,Bea m188 梁單元共計782 個。
集水槽有限元分析時分三種工況設(shè)計: 工況1 :集水槽修建完成后,未投入運行,僅受風(fēng)荷載。 工況2:集水槽修建完成后,投入正常運行,不受風(fēng)荷載。 工況3:集水槽修建完成后,投入正常運行,受風(fēng)荷載。 內(nèi)力分析中,取以上3 種工況中不利組合進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。
集水槽整體位移變形可以看出,集水槽暗框架在⑥軸線變形大,集水槽壁板在①、②與⑤、⑥軸線之間變形大。集水槽的大變形約為14 mm。集水槽壁板內(nèi)力分析?、佟ⅱ谳S線跨中(X=10.4 m)、⑤、⑥軸線跨中(X=43.2 m) 及沿集水槽高度方向(Z=5.0 m) 處進行內(nèi)力分析。集水槽壁板豎向、水平向均同時承受拉力和彎矩。水平向所受拉力大于豎向,越靠近集水槽底部,水壓力越大,水平向所受約束也約大,所受的拉力越大,大拉了為657 kN/m,彎矩大約-267 kN · m/m。
通過有限元三維仿真計算分析可知,集水槽壁板豎向及水平向同時承受彎矩和拉力,應(yīng)按拉彎構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計;能準(zhǔn)確計算出暗框架各構(gòu)件所受的彎矩、拉力或壓力,對暗框架進行優(yōu)化設(shè)計,減少集水槽混凝土工程量,節(jié)省工程造價。
對于集水槽樁基而言,三維有限元仿真計算,能準(zhǔn)確計算出每根樁的樁頂豎向力及水平力,進行樁基優(yōu)化布置和選型設(shè)計。
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