刘祥鹏 （中节能国祯环保科技股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 混凝土水池温度荷载的因素

1.1 水化热温差

水化热温差是指混凝土在浇筑过程中水泥在水化反应时产生的温度，此时混凝土内部热量比较高，而混凝土外表面与大气接触的部分往往温度较低，导致混凝土内外温度不一致，从而产生温差，从而导致水池开裂。

1.2 季节性温差

季节性温差是因为季节冷暖更迭，气温高低变化导致水池结构及池内水温受之影响而产生应力。季节性温差的影响是长期反复的过程，对水池的整体影响较大，以当地年温度的最高月与最低月平均温度的变化值进行计算。

1.3 混凝土收缩当量温差

导致混凝土收缩当量温差主要是因为混凝土的水泥用量、外加剂的品种、水灰比、粗细骨料等。混凝土的收缩导致水池结构产生应力进而产生裂缝，这是混凝土的特有属性与结构所承受的荷载无关。

1.4 日照温差

太阳东升西落，会导致结构一面受阳，一面背阳，使结构日照不均而产生的温度应力。

2 实际工程案例

本论文以某污水厂的水解酸化池为例，利用Midas Gen对其进行温控分析。该水池底板尺寸31.4m×31.4m×9.75m。底板厚750mm，池壁厚600mm，底板外挑 800，池内水深8.5m，水池埋深3m。Midas Gen模型如图1所示。

图1 Midas计算模型

池内水容重10.2kN/m,池内外温差按照《给排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）取10℃。其计算公式如下：

式中：△t——壁板的内、外侧壁面温差（℃）；

h——壁板的厚度（m）；

λ——i材质的壁板的导热系数（W/（m·K））；

β——i材质壁板与空气的热交换系数（W/（m·K））；

T——壁板内侧介质的计算温度，可按年最低月的平均水温采用；

T——壁板外侧的大气温度，可按年最低月的统计温度采用。

关于T和T可以查询当地气象资料及《给排水工程结构设计手册》（第二版）。

在Midas Gen中建立好模型之后，分别进行温度荷载（使用的是温度梯度荷载），底板的均布水压力荷载，池壁的流体压力荷载，自重荷载的添加。底板根据温克尔理论进行边界条件的添加，基床系数取20000kN/m，类型为仅受压。

2.1 分析结果

运行分析后，该主池壁在温度单一工况下X方向和Y方向的弯矩见图2、图3所示。

图2 温度工况下X方向上的弯矩

图3 温度工况下Y方向上的弯矩

由此可见在温度工况下，对于该水池外池壁水平方向的弯矩，在转角处对盛水时是有利的，在跨中处是不利的。在池壁竖向处，池壁与底板的交接处盛水时是有利的，在池壁跨中外侧是不利的。

为进一步分析温度的影响，现将进行如下2种标准组合进行壁板的最大弯矩和最大弯矩处对应的轴力进行分析。

组合①：1.0 自重+1.0水压+1.0温度（添加荷载时已经考虑0.65系数）

组合②：1.0自重+1.0水压

分析结果如表1所示。

将以上数据整理成图表，见表2所示。

由此可见，该池壁外侧水平跨中处的弯矩受温度的影响大，外侧竖向跨中的弯矩受温度的影响较大，在进行结构设计时要考虑温度的不利影响。

3 裂缝的一些结构措施

①在《给排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）6.2.1 条中，明确说明了“大型矩形构筑物的长度、宽度较大时，应设置适应温度变化作用的伸缩缝”，对伸缩缝的最大间距作出了明确的要求，在设计中应该给予考虑，伸缩缝应该做成贯通式，在同一个剖面上连同基础或底板皆断开，宽度不宜小于2cm。

②可以针对工程特点，采用“膨胀加强带”进行温度应力的释放。关于“膨胀加强带”是在1993年由游宝坤、吴万春等教授经过一系列实际工程数据分析和理论研究得出来的。在实际工程中，膨胀加强带宽度可为1.5m～3m，一般2m为宜，；膨胀加强带之间的水平构造钢筋要适当增加约15%～20%，底板采取连续施工，池壁采取28d后浇筑。膨胀加强带的两侧铺设密孔铁丝网，并用立筋钢筋加固，以防止两侧混凝土流入加强带。施工时，带外用小膨胀混凝土，浇筑到加强带时，改用大膨胀混凝土,其强度等级比两侧高C5等级。浇注到另一侧时，又改为小膨胀混凝土。凡添加膨胀剂的混凝土，浇筑后均应加强浇水养护，且必须持续至达到混凝土龄期为止。限制膨胀率的检验应按《混凝土外加剂应用技术规范》附录B进行。

2种标准组合工况壁板分析结果 表1

③可以对水池采取保温措施，以进行温度应力的释放。

④在进行温差计算的时候可以知道，适当的减少壁厚，可以减少池壁的内外温差，尤其是地上水池对温度荷载比较敏感的，池壁不宜设置过厚，对于大型高大水池，也可以设置池壁变截面厚度，以较少温度对池壁的影响。

⑤可以根据实际工程情况设置滑动层。结构中产生的拉应力不仅与温度的降低有关，还与结构的约束条件相关。对于超长水池结构，由于地基对底板的约束，加大了水池底板和顶板的位移差，使得水池的内力变大。地基对底板的约束可以通过在水池结构的底部设置水平滑动层来减小池底的约束作用，释放出一部分由于温度产生的自内力。

4 结论

综上所述，在进行水工构筑物计算的时候，应该要考虑温度的不利影响，尤其是大型的非地下水池，当池壁的跨度大时，温度对池壁的配筋影响较大，往往可以起到主控作用。而现在手册的算法，温度的计算繁琐，而且并不能准确的算出温度的影响。

目前多数工程师在进行水池计算的时候，往往把池壁看成单块板进行计算或者多跨的连续梁进行计算，其计算往往是不合理的或者是不经济的，对其温度的计算也常常被工程师忽视，带来一定的安全隐患。而利用软件进行数值分析是水工结构计算的方向，可以采取手算和软件分析进行相互结合的方式进行设计，以满足结构的经济性、耐久性及美观性。