混凝土薄壳球形水窖结构的优化设计

【目的】分析球形水窖空间结构的应力分布情况并进行几何尺寸优化，避免建设者根据经验来确定球形水窖的厚度、构造及混凝土标号，以节省建窖材料，同时防止应力不足而发生破坏。【方法】利用基于ansys平台新开发的窖体有限元分析软件，对实际中窖壁厚度为4和11cm的混凝土薄壳球形水窖进行空间结构应力分析，同时以水窖耗材量最小为目标函数，以许用应力和变形量为约束条件，对其进行几何尺寸优化。【结果】计算得出窖壁厚度为4和11cm的水窖最大拉应力分别为1380.00和447.31kpa，最大压应力分别为5153.20和1896.70kpa;优化出空窖不利工况下容积为20,30和40m3的球形水窖窖壁最佳厚度，即栗钙土地区分别为0.051，0.061和0.065m，黄土地区分别为0.050，0.059和0.062m。【结论】经软件优化计算后的球形水窖结构，既能满足强度和刚度的要求，同时也最大限度地节约了材料用量；利用新开发的窖体结构优化分析软件，能够对球形水窖进行空间应力分析与结构优化，可以作为球形水窖设计软件。