第
23
卷第
2
期
2012
年
4
月
水资源与水工程学报
Journal of Water Resources & Water Engineering
Vo
l.
23
No.2
Apr. ,
2012
倒锥壳水塔水箱内力计算
俞锋,杨琼,王惠萍,张亭
(北京市水利规划设计研究院,北京
1
∞
ω8)
摘
要:采用无弯矩理论(薄膜理论)和有弯矩理论分别对倒锥壳水塔水箱(容积
3
∞
m
3
和
5
∞旷)内力进行计
算,分析了水箱上、下锥壳的内力分布情况。计算结果表明:有弯矩理论较无弯矩理论考虑了壳体边缘干扰力的影
响,使得计算结果在壳体边缘处有一定差异,但更接近水箱内力的真实情况,可作为倒锥壳水箱内力相对精确的计
算方法。研究结果可为同类工程设计提供有益的参考。
关键词
:
ff!
J
锥壳水塔;水箱;有弯矩理论;薄膜理论;边缘干扰力
中图分类号
:TV31
文献标识码
:A
文章编号:
1672-643X(2012)02-0151-05
Internal force calculation of inverted cone water tower tank
YU
Feng
, Y
ANG
Qiong
, W
ANG
Huiping
,
ZHANG
Ting
(Beijing lnstitute
of
W;
ω
er
,
Beijing 100048 , China)
Abstract:
In this article , internal forces of
300
m
3
and
500
m
3
inverted cone water tower tanks were cal-
culated by membrane theory and moment
theo
巧,
and internal force distribution of water tank was ana-
lyzed.
Th
e results show that the edge interference force makes some differences of internal force distribu-
tion of moment
theoηfrom
that of membrane theory on the edge of tank , but the results of moment theory
is closer to the real situation of the tank and moment
theo
巧
can
be used as a relatively accurate method
theory for internal force calculation of inverted cone water tank. The results provide a useful reference for
the design of similar projects.
Key
words:
inverted cone water tower; water tank; moment theory; membrane theory; edge interference force
1
概述
在供水工程中,水塔是一种用来保持和调节配
水管网中水量及水压的高耸建筑物,特别是在一些
国家供电无法持续的地区使用,以提高供水保证率,
意义尤为重大。作为主要储水结构的水箱,其内力
计算相对比较复杂,通常有无弯矩理论(薄膜理
论)
[1
-2]
和有弯矩理论
[3]
两种方法。本文通过采用
此两种方法计算容积
3
∞
m3
和
500
旷倒锥壳水塔
水箱内力,分析比较不同理论的结果差异,验证边缘
干扰力对薄膜理论下壳体边缘内力的影响规律,提
出两理论方法的适用范围。
2
倒锥壳水箱结构
水箱、支撑结构(支筒、支架)和基础是水塔的
主要组成部分,其中倒锥壳水箱是水塔水箱一种常
用的结构形式,由上锥壳(正锥壳)、下锥壳(倒锥
壳)及环梁(上、中、下环梁)组成,见图
10
上锥壳去
掉圆锥顶做成气楼做通风采光之用,下锥壳为水箱
的储水部分,环梁起到提高水箱刚度和稳定'性,保证
上、下锥壳可靠连接的作用。
倒锥壳水箱的特点是水压力最大处直径为最
小,水压力最小处直径为最大,即随水压力增大法向
直径减小。径向弯矩一般不大,环向拉力沿高度变
化较小,这可使水箱锥体设计为等截面和均匀配置
环向筋[
4]
。
3
计算理论
(1)元弯矩理论(薄膜理论)。该理论计算不
考虑壳体内及边缘处的弯矩、扭矩和垂直于曲面的
剪力,仅考虑壳体结构内的轴向力(径向力凡及环
向力
N
o
)
,由静力平衡方程求解。以自重为例,上锥
壳薄膜内力计算简图及公式如下
[5]
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(1)
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收稿日期
:2012-
03-
01
;
修回日期
:2012-
03-
08
作者简介:俞锋(1
979-
)
,男,河北深州人,大学本科,工程师,主要从事水利水电工程设计。