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水壓力全部由暗框架承受。由此計算計算出的暗框架結構尺寸偏大,忽略了集水槽側壁共同受力的作用,計算方法偏保守。不能達到優(yōu)化設計,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集水槽進行有限元三維建模,進行有限元整體結構計算。集水槽底板、側壁采用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件。同時,在后處理時能提取集水槽側壁、底板、暗框架柱及梁的彎矩、剪力及軸力,方便直接用于結構設計,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計: 工況1 :集水槽修建完成后,未投入運行,僅受風荷載。 工況2:集水槽修建完成后,投入正常運行,不受風荷載。 工況3:集水槽修建完成后,投入正常運行,受風荷載。 內力分析中,取以上3 種工況中不利組合進行結構設計。
在上述荷載及工礦組合下,采用ANSYS 有限元軟件進行靜力計算,通過后處理后便能對集水槽各部分構件進行內力分析及結構設計。集水槽內力分析可以分為集水槽壁板和暗框架( 包括暗框架柱、暗框架頂梁、拉梁及承臺梁)。
水槽壁板的水平與豎向彎矩圖類似于連續(xù)梁,但與連續(xù)梁彎矩不同之處在于,集水槽壁板同時受拉力,且集水槽水平向的拉力遠大于豎向所受拉力。水平向大彎矩為-258 kN · m/m,大拉力為687 kN/m ;豎向大彎矩為465 kN · m/m,大拉力為113 kN/m。因此,集水槽壁板應按拉彎構件進行配筋計算。
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,應按拉彎構件進行結構設計;能準確計算出暗框架各構件所受的彎矩、拉力或壓力,對暗框架進行優(yōu)化設計,減少集水槽混凝土工程量,節(jié)省工程造價。