角隅弯矩知识
我在南方
2023年03月03日 17:19:55
只看楼主

“当水池壁板为四边支承或三边支承、顶端自由的单向板时,不仅需计算其单向方向的内力,还需计算非单向方向处的角隅弯矩。本文从规范和算例角度出发,引入约束概念,进一步加深大家对角隅弯矩的理解。有约束的地方一般就有内力,约束刚度大,内力大,反之亦然,角隅弯矩即是单向板受到与之垂直壁板约束的表现。

当水池壁板为四边支承或三边支承、顶端自由的单向板时,不仅需计算其单向方向的内力,还需计算非单向方向处的角隅弯矩。本文从规范和算例角度出发,引入约束概念,进一步加深大家对角隅弯矩的理解。有约束的地方一般就有内力,约束刚度大,内力大,反之亦然,角隅弯矩即是单向板受到与之垂直壁板约束的表现。

01
角隅弯矩的定义
根据《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS 138:2002)6.1.3条可知:当四边支承壁板的长度与高度之比大于2.0 或三边支承、顶端自由壁板的长度与高度之比大于3.0 时,需要计算水平角隅处的局部负弯矩。

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壁板水平向角隅处的局部负弯矩计算简图如下图1所示:

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图1  壁板水平向角隅处的局部负弯矩

之所以把角隅弯矩拿出来讲讲,其主要原因是很多设计人员简单的认为单向板只向一个方向传力,另一个方向不传递力,故另一个方向没有弯矩,仅构造配筋,实际壁板与壁板交接处存在不可忽略的水平弯矩。从约束的角度出发可以很好的理解角隅弯矩,当水池壁板满足单向板传力时,仅是中间很大一部分受力情况符合单向传力条件,两边受相邻壁板约束处弯矩依然会异号,约束刚度大,异号的效应更明显,约束刚度小,异号的效果弱,极限情况,两边无约束时,即无角隅弯矩。

02
旗云水池的算例验证
下面采用旗云软件来验证下角隅弯矩是否真实存在。
模型一4m×2m×2m(H),模型二10m×2m×2m(H模型三202m×2m(H),壁板250mm,底板300mm,底板外挑飞边300mm,顶板150mm,壁板顶端弹性固定,仅对比内水压力工况下的角隅水平弯矩
(1)先来看看按规范的计算方法得到的角隅弯矩为多少?由下图可知规范法得到角隅弯矩为-2.2kN·m。

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图2  规范算法角隅弯矩

(2)由下图3~图5可知旗云有限元算法得到的角隅弯矩为-2.3kN·m。规范算法和有限元算法计算结果差异较小,误差仅4.5%,从侧面说明旗云有限元算法的正确性。大家可根据实际情况合理选用计算方法,亦可私信我索取规范算法的小程序。

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图3  4m×2m(H)板块内水工况MXX方向弯矩

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图4  10m×2m(H)板块内水工况MXX方向弯矩

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图5  20m×2m(H)板块内水工况MXX方向弯矩

由上图3~图5可知:当壁板高度不变(2m),长度越来越长时(4m→20m),角隅弯矩基本不变,均为-2.3,角隅弯矩的影响区域也基本不变,均在一个区格(0.25HB=0.25×2.0m=0.5m),图5壁板中间黑色框内橘黄色区域即是纯单向板区域,其他区域还是受到了相邻壁板的影响,只是水池越长影响的范围越来越小,即角隅弯矩的影响范围有限。任何约束都有其影响范围。


03
角隅处构造

室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》(GB 50032-2003)6.3.5条规定了设防烈度8度和9度时池壁角隅处的最小配筋率及锚固长度。

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需要注意的是:手算时池内有水、池外无土和池内无水、池外有土工况均需复核角隅弯矩。当采用电算时,不用手算角隅弯矩,直接取用计算结果,同时锚固长度取上述6.3.5条及单、双板锚固长度的包络。

壁板配筋型式尽量不要采用下图⑤筋的样子。随着建筑市场上人力资源成本的上升,结构设计宜尽量简单,本着能简单不复杂的原则,⑤号筋能稍微节省钢筋长度,但是增加了制作、运输及绑扎的难度,宜将拆成两根独立的L型钢筋,满足锚固长度即可。水池内其它类似配筋型式可一并优化。

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知识点:角隅弯矩知识

水池的角隅负弯矩

zsd_1049206688
2023年03月30日 18:59:34
2楼

剖析得非常深刻,学习了!

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