在现代给排水工程中,钢筋混凝土水池作为一类特种结构,广泛应用于污水处理池、排水井、生活蓄水池等。研究表明,水池的造价直接关系到水处理站的运营维护成本,设计人员应在结构布置、建造材料、构件尺寸等分析,得到“最优”方案。随着工艺条件多样化、技术革新,对水池结构的工艺及建造标准也在逐步提高。国内学者对于混凝土水池的研究手段主要是数值模拟和现场测试,大多数集中在水池裂缝控制处理和水池底板与地基的相互作用上,难以为工程设计提供有效的定量参考。尤其对于一些变壁厚高大水池,带拉梁、扶壁柱水池等结构形式时,设计人员往往分离池壁与底板,简化建模,未考虑池壁与池壁,池壁与底板的相互约束作用,得出的分析结果往往与实际内力分布规律和大小均存在差异,如此,既缺乏安全,又无良好经济性。本文运用有限元的相关理论以及软件工具对贵州铜仁地区某水池设计做了如下工作:(1)总结了矩形钢筋混凝土水池结构的设计方法和步骤,对水池建造材料的要求、构造措施、设计时须考虑的荷载工况以及承载能力极限状态下和正常使用极限状态验算做了详细介绍。(2)拟定四种结构设计方案:等壁厚方案、突变壁厚方案、渐变壁厚方案以及加设扶壁柱方案。通过同种约束条件,不同荷载工况组合下的数值模拟分析,得出了池壁的最大位移均出现在长向池壁中间顶部位置,且位移最大值表现为:渐变壁厚方案>突变壁厚>等壁厚方案>加设扶壁柱方案,其中两种变壁厚方案位移值比较接近,增设扶壁柱方案通过在500mm厚长向池壁上间隔设置扶壁柱有效限制了池壁位移,与等壁厚方案相比,水平位移最大值减少约37%。(3)通过对四套水池结构池壁弯矩分析可知:水平弯矩在角隅区最大且变幅较大,竖向弯矩在池中间部分最大。角隅区水平弯矩上大下小;竖向弯矩上小下大。根据数值模拟结果分析得出,水池在使用状态下的结构薄弱部分是在角隅处和中间部分的池壁根部,此部分结论与《水池设计手册》中关于池壁受力的定性描述相符。(4)结合工程实际背景,分析各结构设计方案适用性,并通过统计钢筋和混凝土的用量,比较各水池方案的经济优劣性,建造既经济又合理的水池,从而达到减少投资的目的。本文对长期从事给水排水工程结构设计的人员,在运用现代数值计算手段对矩形钢筋混凝土水池进行复杂受力分析时,可起到一定的借鉴和启发的作用。