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摘要
本发明公开了一种大高宽比混凝土矩形储液结构的设计方法及其结构，通过计算静水压力作用下大高宽比混凝土矩形储液结构的壁板拉应力，获得储液高度的限值；当储液高度达到该限值时，在储液结构内加设矩形的水平板件，水平板件的四周边缘与储液结构内侧的四周壁板连接，且水平板件上开设有通孔；再分别计算静力作用下和地震动力作用下壁板拉应力最小时对应的水平板件布置的高度位置，综合考虑静力和地震动力作用，最终确定水平板件的设置位置。本发明提出了解决大高宽比混凝土矩形储液结构应用时面临的储液高度增加到较大值时，壁板拉应力会超越混凝土抗拉强度而导致储液结构破坏的瓶颈问题的方法，为其应用提供了有效的途径。
权利要求
1.一种大高宽比混凝土矩形储液结构的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将混凝土矩形储液结构的壁板视为单向板，简化为底端固支的悬臂梁，静力作用下液体压力即液体静压力、壁板底部弯矩和壁板角隅弯矩的表达式分别如下：p＝ρgh (1)s w w式中：p为液体静压力；ρ为液体密度；g为重力加速度；h为储液高度；M为壁板底部弯s w w b矩；B为壁板单位宽度；M为壁板角隅弯矩；m为弯矩系数；c c(2)计算静水压力作用下，不同储液高度时大高宽比混凝土矩形储液结构的壁板拉应力，包括壁板底部拉应力和壁板角隅拉应力，计算公式如下：σ＝M/W (4)b bσ＝M/W (5)c c式中：σb为壁板底部拉应力；σc为壁板角隅拉应力；W为截面抵抗矩；得到壁板拉应力和储液高度之间的对应关系，当壁板拉应力和裂缝宽度超越混凝土抗拉强度时，获得储液高度的限值；(3)当储液高度达到所述限值时，在储液结构内加设矩形的水平板件，所述水平板件的四周边缘与储液结构内侧的四周壁板连接，且所述水平板件上开设有通孔；(4)分别计算静力作用下和地震动力作用下水平板件布置在不同高度时的壁板拉应力，分别选择静力作用下和地震动力作用下壁板拉应力的最小值，确定最小值对应的高度为水平板件的设置位置。
2.如权利要求1所述的大高宽比混凝土矩形储液结构的设计方法，其特征在于，设置所述水平板件时，在水平板件与储液结构内侧壁板连接位置的上下两侧分别加腋，加腋处配制斜向受力的钢筋。
3.如权利要求2所述的大高宽比混凝土矩形储液结构的设计方法，其特征在于，所述加腋的高度和宽度为0.5～1.0倍壁板厚度。
4.如权利要求1所述的大高宽比混凝土矩形储液结构的设计方法，其特征在于，所述水平板件上通孔大小的确定方法为：在储液结构内加设水平板件后，计算不同大小通孔下的壁板拉应力，最终选择壁板拉应力最小时的通孔。
5.一种如权利要求1所述的设计方法制作的大高宽比混凝土矩形储液结构，其特征在于，包括混凝土矩形储液结构及设置于储液结构内的矩形水平板件，所述水平板件的四周边缘与储液结构内侧的四周壁板连接，且所述水平板件上开设有通孔。
6.如权利要求5所述的大高宽比混凝土矩形储液结构，其特征在于，所述水平板件与储液结构内侧壁板连接位置的上下两侧分别加设腋，加设腋处配制斜向受力的钢筋。
说明书
一种大高宽比混凝土矩形储液结构的设计方法及其结构
技术领域
[0001]本发明属于混凝土储液结构技术领域，尤其涉及一种大高宽比混凝土矩形储液结构的设计方法及其结构。
背景技术
[0002]混凝土矩形储液结构在给排水市政工程、农业工程及铁路工程等领域都具有非常广泛的应用。目前投入使用的绝大多数混凝土矩形储液结构均为低矮结构，即高宽比较小，但这种类型的储液结构占地面积相当大，浪费土地资源，因而其在应用上也受到了一定的限制。并且，随着城市的发展，土地资源越来越紧缺，为了节约土地资源，需要在确保相同储液量的前提下开发使用大高宽比的凝土矩形储液结构。
[0003]目前，虽然国内外技术人员针对混凝土矩形储液结构进行相关研究，但大高宽比混凝土矩形储液结构在应用中仍然存在以下不足之处：
[0004](1)由于液体压力会随着储液高度的增大而增大，当储液高度增加到较高值时，大高宽混凝土矩形储液结构的壁板拉应力会超越混凝土的抗拉强度，产生安全隐患；另外，对于其安全性的提高通常会使建设成本大大增加，并且增加施工难度。
[0005](2)尚缺少大高宽比混凝土矩形储液结构的工程应用案例，从而使得地震作用下该类结构的实际破坏资料数据欠缺。
[0006](3)已有的设计规范中关于大高宽混凝土矩形储液结构的计算规定欠缺，无法进行有效实施。
发明内容
[0007]针对上述背景技术中指出的不足，本发明提供了一种大高宽比混凝土矩形储液结构的设计方法及其结构，旨在解决上述背景技术中现有技术存在的问题。
[0008]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0009]一种大高宽比混凝土矩形储液结构的设计方法，该方法包括以下步骤：
[0010](1)将混凝土矩形储液结构的壁板视为单向板，简化为底端固支的悬臂梁，静力作用下液体压力即液体静压力、壁板底部弯矩和壁板角隅弯矩的表达式分别如下：
[0011]p＝ρgh (1)s w w
[0012]
[0013]
[0014]式中：p为液体静压力；ρ为液体密度；g为重力加速度；h为储液高度；M为壁板底s w w b部弯矩；B为壁板单位宽度；Mc为壁板角隅弯矩；mc为弯矩系数；
[0015](2)计算静水压力作用下，不同储液高度时大高宽比混凝土矩形储液结构的壁板拉应力，包括壁板底部拉应力和壁板角隅拉应力，计算公式如下：
[0016]σ＝M/W (4)b b
[0017]σc＝Mc/W (5)
[0018]式中：σ为壁板底部拉应力；σ为壁板角隅拉应力；W为截面抵抗矩；
b c
[0019]得到壁板拉应力和储液高度之间的对应关系，当壁板拉应力和裂缝宽度超越混凝土抗拉强度时，获得储液高度的限值；
[0020](3)当储液高度达到所述限值时，在储液结构内加设矩形的水平板件，所述水平板件的四周边缘与储液结构内侧的四周壁板连接，且所述水平板件上开设有通孔；
[0021](4)分别计算静力作用下和地震动力作用下水平板件布置在不同高度时的壁板拉应力，比较静力作用下和地震动力作用下对应的壁板拉应力最小值的大小，确定较小的最小值对应的高度为水平板件的设置位置。
[0022]优选地，设置所述水平板件时，在水平板件与储液结构内侧壁板连接位置的上下两侧分别加腋，加腋处配制斜向受力的钢筋。
[0023]优选地，所述加腋的高度和宽度为0.5～1.0倍壁板厚度。
[0024]优选地，所述水平板件上通孔大小的确定方法为：在储液结构内加设水平板件后，计算不同大小通孔下的壁板拉应力，最终选择壁板拉应力最小时的通孔。
[0025]本发明进一步提供了一种大高宽比混凝土矩形储液结构，包括混凝土矩形储液结构及设置于储液结构内的矩形水平板件，所述水平板件的四周边缘与储液结构内侧的四周壁板连接，且所述水平板件上开设有通孔。
[0026]优选地，所述水平板件与储液结构内侧壁板连接位置的上下两侧分别加设腋，加设腋处配制斜向受力的钢筋。
[0027]相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明针对大高宽比的混凝土矩形储液结构存在的当储液高度达到限值时，会导致壁板拉应力值超越混凝土抗拉强度，从而产生大高宽比混凝土矩形储液结构的工程应用瓶颈问题，提出了克服该问题的大高宽比混凝土矩形储液结构的设计方法，通过计算静水压力作用下大高宽比混凝土矩形储液结构的壁板拉应力得到储液高度限值，达到该限值时在壁板上加设水平板件，再通过计算选择静力作用下和地震动力作用下壁板拉应力最小时分别对应的水平板件布置高度位置，综合考虑确定最终的水平板件的最优高度位置，该结构一方面可起到降低液体压力的作用，另一方面可增加储液结构的整体性，特别是在水平板件的最优高度位置处，静力和地震作用下壁板拉应力值都能得到显著的减小，从而为大高宽比混凝土矩形储液结构的工程应用提供一种有效的途径。
附图说明
[0028]图1是本发明实施例提供的大高宽比混凝土矩形储液结构的结构示意图。
[0029]图2是本发明实施例提供的水平板件的结构示意图。
[0030]图3是本发明实施例提供的大高宽比混凝土矩形储液结构假设水平板件的俯视图。
[0031]图4是图3中A-A的剖面图。
[0032]图5是本发明实施例提供的水平板件与壁板连接的结构示意图。
[0033]图中：1-矩形储液结构；2-水平板件；3-通孔；4-壁板；5-连接位置；6-腋；7-钢筋。
具体实施方式
[0034]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0035]参照图1-5，本发明提供的大高宽比混凝土矩形储液结构的设计方法如下：
[0036](1)将混凝土矩形储液结构的壁板视为单向板，简化为底端固支的悬臂梁，静力作用下液体压力即液体静压力、壁板底部弯矩和壁板角隅弯矩的表达式分别如下：
[0037]ps＝ρwghw (1)
[0038]
[0039]
[0040]式中：p为液体静压力；ρ为液体密度；g为重力加速度；h为储液高度；M为壁板底s w w b部弯矩；B为壁板单位宽度；M为壁板角隅弯矩；m为弯矩系数。
c c
[0041](2)不断增加储液高度，计算静水压力作用下不同储液高度时大高宽比混凝土矩形储液结构的壁板拉应力，包括壁板底部拉应力和壁板角隅拉应力，计算公式如下：
[0042]σ＝M/W (4)b b
[0043]σ＝M/W (5)c c
[0044]式中：σb为壁板底部拉应力；σc为壁板角隅拉应力；W为截面抵抗矩；
[0045]得到壁板拉应力和储液高度之间的对应关系，当壁板拉应力和裂缝宽度超越混凝土抗拉强度时，获得储液高度的限值。
[0046](3)当储液高度达到上述限值时，在储液结构内加设矩形的水平板件2，水平板件2的四周边缘与储液结构1内侧的四周壁板4连接(参照图3)，为了储液结构的正常使用和后期维护，在水平板件2上开设有通孔3，通孔3的大小需要合理设计，其大小通过计算不同大小的通孔3面积下的壁板拉应力，以壁板拉应力最小时的通孔3面积为目标，进行合理的通孔设计。固定水平板件2时，为了提高水平板件2与壁板4连接的可靠性，在水平板件2与壁板4的连接位置5的上下两侧分别加腋6，加腋6的高度和宽度为0.5～1.0倍壁板4厚度，加腋6处配制斜向受力的钢筋7(参照图4-图5)。
[0047](4)计算静力作用下水平板件2布置在不同高度时的壁板拉应力，确定静力作用下壁板拉应力的最小值对应的水平板件2设置的高度位置。
[0048](5)计算地震动力作用下水平板件2布置在不同高度时的壁板拉应力，计算方法与静力作用下相同，只是需要采用动水压力，确定地震动力作用下壁板拉应力的最小值对应的水平板件2设置的高度位置。
[0049](6)综合考虑静力和地震动力作用，比较步骤(4)和(5)所得壁板拉应力最小值的大小，以壁板拉应力最小者对应的水平板件2设置的高度位置为最优高度位置。
[0050]根据本发明的设计方法制作大高宽比混凝土矩形储液结构如图1-4所示，该结构一方面可起到降低液体压力的作用，另一方面可增加储液结构的整体性，特别是在水平板件的最优高度位置处，静力和地震作用下壁板拉应力值都能得到显著的减小，从而为大高宽比混凝土矩形储液结构的工程应用提供一种有效的途径。
[0051]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
