一种拼装式集雨水窖结构优化设计
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
水窖作为调控地表径流、降低水土流失动力、高效利用雨水资源的重要工程设施,在工农业生产及生态环境建设中得到广泛的应用。针对现有水窖在设计、生产应用中存在的施工周期长、投资大、工艺复杂,不便于规模化、标准化生产的问题,通过文献查阅、实地调研、理论分析、结构计算等手段,初步设计出一种橡塑预制件拼装式水窖,得到如下结论:
     1、基于调研分析,目前广泛使用的胶泥水窖、混凝土水窖等窖型存在的主要问题是:建材运输成本高、施工难度及危险性大,对土质要求高,施工工艺复杂、工程周期长,造价高,难于标准化、规模化生产。解决此问题,利用新型高分子材料,采用预制构件拼装水窖是一个较优的选择;
     2、基于对水窖的使用环境、受力荷载、使用情况、制作工艺及所选水工材料的特性的综合分析,选择拼装水窖的窖型为瓶形;
     3、基于拼装橡塑水窖的受力特点,采用有限元结构计算理论,在对通用FEMLAB软件进行初步验证的基础上,对给出的橡塑窖体形状、材料、厚度等结构进行优化计算。优化的窖型结构为内加强肋圆柱壳体、球面壳体,拼装方法采用螺杆机械式拼接,便于空间可重复利用。当水窖容积为10m~3,采用圆柱壳和削球壳相结合的“瓶形”窖体,当选用水窖半径R和窖壁高度H的比值R/H为优化参数时,R/H的合理值为1/2。内加强肋壳体与普通壳体相比材料节省了24.5%。
     4、采用上述设计参数,当水窖边壁材料选取PP,窖底采用一布二膜柔性高分子材料,所设计的10m3水窖造价为2600元左右。初步分析认为,虽然造价略高于甘肃省“窖灌田”工程的混凝土水窖平均造价,但低于陕西延安地区水窖造价。考虑到其安装方便,节省工时,便于标准化、规模化生产的实际,初步认为其性能价格比还是较高的。
During agricultural and industrial production as well as ecological environment construction, water cellar has been widely used as an important establishment to control surface runoff, reduce power of soil and water loss and use rainwater resources efficiently. For current water cellar, however, there are a number of shortcomings, such as too long building time, high investment, complex techniques, difficulty in massive and standardized production during its construction. Therefore, through literature referencing, field survey, theoretical analysis and structural calculation, a kind of conjoined rubber-plastic water cellar was designed. The conclusion is as follows:
     1. Based on investigation and analysis, the main disadvantages of current plaster and concrete water cellar are high transporting cost of materials, difficult construction, high risk, strict requirement for soil, complex techniques, long building time, high cost, difficulty in massive and standardized production. Therefore, adopting new macromolecule materials, prefabricated conjoined water cellar is an optimal choice.
     2. According to surrounding environment, bearing loads, applying conditions, producing skill and material properties, the conjoined water cellar is bottle shaped.
     3. According to load-bearing characteristics of conjoined rubber-plastic water cellar and calculating theory about finite element framework, based on preliminary verification to universal FEMLAB software, the optimum structural calculation about shape, material and thickness of given water cellar was completed. The optimum form of water cellar is made up of cylindrical shell with internal reinforced rib and spherical shell installed with gearing robotistic method, which can be favorable for reutilization of space. When the volume of cellar is 10m3, the optimal ratio of cylinder radius and wall height is 1/2. In such a case, the cost of materials can be saved by 24.5%.
     4. According to above designing parameters, if material of cellar wall is PP and that of bottom is flexible macromolecule material, the cost of 10m3 water cellar is about 2600 yuan. Preliminary analysis showed that the cost is slightly higher than average cost of concrete cellar in“Project of Water Cellar Irrigating Field”in Gansu province but lower than that in Yan’an Shaanxi. Because of its convenient installation, saving labor and standardization, the conjoined water cellar have higher price performance ratio.
引文
[1] 冯应新, 钱加绪. 甘肃省集水高效农业研究[J]. 西北农业学报,1999. 8(3): 93~97
    [2] 吴普特, 黄占斌, 高建恩, 等. 人工汇集雨水利用技术研究[M]. 黄河水利出版社, 2002
    [3] 张光辉, 陈致汉. 雨水集流用水窖的主要类型及其效益[J]. 水土保持通报, 1997(12): 57~60
    [4] 吴锨孝等. 黄土高原水土保持目标及对策[J]. 水土保持研究,1999,6(2):76~80
    [5] 傅涛, 倪九派等. 坡耕地土壤侵蚀研究进展[J]. 水土保持学报,2001, 15(3): 123~128.
    [6] 何久安. 干旱地区雨水利用及其发展方向[J]. 干旱地区农业研究, 1998 , 16(3): 84~88
    [7] 陈智汉, 冉大川, 闫晓玲, 等. 黄土高原地区山坡地雨洪径流优化集存技术[J]. 水土保持研究,1998(4): 36~40
    [8] 许红艳, 等. 我国黄土地区水窖的研究[J]. 水土保持学报, 2004, (4): 58~62
    [9] 贾锐鱼, 朱德兰, 赵晓光. 北方旱区雨水收集利用技[J]. 防渗技术, 2001(3): 37~42
    [10] 彭世琦. 旱区雨水集蓄及高效利用[J]. 中国农业技术推广, 2001(3): 34~35
    [11] 宁夏水利厅, 宁夏科委, 宁夏农建委. 干旱半干旱地区水窖蓄流节水灌溉技术指南[M]. 1995 银川
    [12] 王克勤, 孟菁玲. 国内外农林业集水技术的研究进展[J]. 干旱地区农业研究, 1996, 14(4): 109~117
    [13] 杨建北, 周孚明. 混凝土薄壳水窖[J]. 中国水土保持, 1992 (10):14~16
    [14] 何振国, 吴兴亚, 何光耀. 塑料棚膜防渗储水窖在旱地集雨节灌工程中的应用初探[J]. 甘肃农业科技, 1997(7): 15~16
    [15] 曹光荣, 张祥艳. 拼装式水窖在饮水解困工程中的应用[J]. 中国水利, 2002(9):67~69
    [16] 吴明舒. 管窖结合开发山涧溪流的探讨[J]. 水资源保护, 2003 (2): 56~57
    [17] 郭增强, 赵玉成, 王海亮. 土中球形爆破衬砌承载力的研究[J]. 铁道建筑, 2004 (2): 34~36
    [18] 沉红膺, 贺永生. 浅谈内蒙古干旱半干旱山丘区雨水利用技术[J]. 内蒙古水利, 2000(4):18~20
    [19] 路炳军, 温美丽, 路文学. 黄土高原西部雨养农业区集雨水窖的主要类型及其效益分析[J]. 干旱区资源与环境, 2004 (2): 71~75
    [20] 张祖新, 龚时宏, 王晓玲, 等. 雨水集蓄工程技术[M]. 中国水利水电出版社, 1999
    [21] 薛培明, 集雨水窖是干旱硬梁地区的必然选择[J]. 内蒙古水利, 2002(5): 17~19
    [22] 刘建强, 张德玉. 应用水窖蓄水技术解决缺水山区人蓄饮水的工程实践[J]. 中国农村水利水电, 2000(11): 22~23
    [23] 许红艳, 等. 我国黄土地区水窖的研究[J]. 水土保持学报, 2004(4): 58~62
    [24] 王健, 朱兴平. 半干旱区降水资源高效利用技术研究[J]. 中国水土保持, 1996 (7): 32~35
    [25] 肖克飚, 高建恩, 吴普特. 新型拼装式集雨水窖研发可行性探讨[J]. 灌溉排水学报, 2005 (12): 176~178
    [26] 顾倩燕, 朱宪辉, 田振, 等. 超大直径圆形薄壁地下连续墙围护结构研究[J]. 地下空间与工程学报, 2005 (4): 534~537
    [27] 董新平, 郭庆海, 周顺华. 圆型基坑的变形特点及主要影响因素分析[J]. 地下空间与工程学报, 2005 (2): 196~199
    [28] 王义, 周健, 胡展飞,等. 超深基坑信息化施工实例分析[J]. 岩土力学, 2004 (10): 1647~1650
    [29] 谭林森. 加肋球壳稳定性样条元分析[J]. 华中理工大学学报, 1998 (6): 63~68
    [30] 吴科如, 张雄. 建筑材料[M]. 同济大学出版社, 1999
    [31] 李新城. 材料成形学[M]. 机械工业出版社, 2000
    [32] 张云兰, 杜万程. 非金属材料[M]. 中国农业机械出版社, 1983
    [33] 胡城立, 朱敏. 材料成型基础[M]. 武汉工业大学出版社, 2001
    [34] 张宗瑞, 田金兰. 非金属材料[M]. 中国铁道出版社, 1981
    [35] 陆吾华, 侯作启. 橡胶坝设计与管理[M]. 中国水利水电出版社, 2005
    [36] 肖克飚, 高建恩, 吴普特. 一种柔性窖袋使用研究[J]. 农业工程学报, (待刊)
    [37] 马石城, 邹银生, 王贻荪. 圆形基坑无支护直立开挖的临界高度计算[J]. 湘潭大学自然科学 学报, 2002 (2): 88~90
    [38] 别列扎恩采夫 BF. 松散体极限平衡的轴对称问题[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1981
    [39] 吴普特, 黄占斌, 高建恩, 等. 人工汇集雨水利用技术研究[M]. 黄河水利出版社, 2002
    [40] 周承倜. 弹性稳定理论[M]. 四川人民出版社, 1981
    [41] 刘向煦. 建筑供排水用聚丙烯管道(PP-R)特性简析[J]. 净水技术, 2002(1): 46~47
    [42] 蒋善君, 赵英奎, 连业波. 多相共聚聚丙烯产品的结构分[J]. 工业技术, 2005(3): 209~214
    [43] 王秀田. 建筑给水塑料管发展前景[J]. 山西建筑, 2003(1): 105~106
    [44] 杨果林. 加筋土筋材长期荷载蠕变研究[J]. 煤炭学报,2001 (2): 132.
    [45] 李颖颖, 丁德斌, 何光春. 聚丙烯土工带研究[J]. 山西建筑, 2006(4): 170~171
    [46] 黄圣杰, 王俊祥. Pro/Engineer2001 基础及应用教程[M]. 电子工业出版社, 2002
    [47] 黄圣杰, 张益三, 张智仁. 实战 Pro/E ngineer2001[M]. 中国铁道出版社 2002
    [48] 林清安. Pro/Engineer2001 零件设计高级篇[M]. 清华大学出版社, 2003
    [49] 华东水利学院. 弹性力学问题的有限单元法[M]. 水利出版社, 1982
    [50] 胡宗陵. 球壳封头圆柱壳的极限荷载[J]. 华东交通大学学报, 1998 (8): 91~101
    [51] 王林, 谢柞水. 纵横加肋耐压圆柱壳结构的稳定性[J]. 华东船舶工业学院学报, 1998, 12 (5) : 21~24.
    [52] 王明贵, 黄义. 双向密肋壳体结构风稳定性研究[J]. 工程力学, 2000, (4), 44~50
    [53] 郝刚, 曾广武. 纵环加肋圆柱薄壳的塑性屈曲试验与分析[J]. 中国造船, 1994 (3): 60~71.
    [54] 梅利元, 谢柞水. 潜艇全实肋板带纵骨式耐压液舱结构应力的板壳有限元分析[J]. 舰船科学技术, 1998 (5): 8~11
    [55] 刘印文, 刘振华, 刘涌. 橡胶密封制品实用加工技术[M]. 化学工业出版社,2002
    [56] 藤本邦彦等. 橡胶译丛. 1987 (7): 1~15
    [57] 黄锦煌, 吴佐群. 有限元素分析大师[M]. 高立图书有限公司, 2004
    [58] 郑阿奇, 徐文胜. Auto CAD 2000 中文版实用教程[M]. 电子工业出版社, 2000
    [59] 邹蓝. 巨人的跛足:中国西部贫困地区发展研究[M]. 哈尔滨, 黑龙江人民出版社, 1992 年
    [60] 甘肃省水利厅. 干旱地区农业的基本出路探讨-甘肃雨水集流研究论文集[M]. 兰州, 1996
    [61] 陈维杰. 井式水窖在豫西砂丘区的应用[J]. 中国农村水利水电, 2006(3): 63
    [62] 潘家铮. 水工建筑物的有心单元分析[M]. 水利水电出版社, 1982
    [63] 华东水利学院. 弹性力学问题的有限单元法[M]. 水利出版社, 1997
    [64] H.C.布雷切夫, 王明恕 译. 地下结构力学[M]. 煤炭工业出版社, 1985
    [65] 鲁永华, 苗 青. 扩底灌注桩与普通灌注桩的有限元对比分析[J]. 水工建筑物设计与加固, 黄河水利出版社, 2004
    [66] 华东水利学院. 弹性力学问题的有限单元解法[M]. 水利出版社,1994
    [67] 黄牧村, 蔡明涛, 徐强. 基于有限单元法的地下埋管结构的受力分析[J]. 广东水利电力,2004,(8):4~5
    [68] 黄海燕,巫友群,王德信. 带有刚性基础的地下埋管应力分析方法探讨[J]. 水利水电科技进展2002,12(6):20~22
    [69] 刘元勋, 邓抒豪. 地下厂房围岩稳定分析探讨[J]. 人民珠江, 2005(1), 40~42
    [70] Ali.S, Patnaik.U.S, Prakash.c. Drought analysis using rainfall data at Koraput for sustained agriculture[J]. Journal of the Institution of Engineers (India): Agricultural Engineering Division, 2001(12) , V 82: 41~45
    [71] Kjellson, Lena. Decision Model for Problems in Connection With Cellar Flooding. Chalmers Univ of Technology[J], 1984, 715~722
    [72] Macan. John J, Maqill. Jim M. Sea-floor Cellar Used in Shallow Folating drilling. Oil and Gas Journal[J], 1977, 10(5): 120~122,127~130
    [73] Stone. W. H. Installation of a Deep-water, Subsea Completion System[J]. Journal of Petroleum Technology, v 30, n 10, Oct, 1978, 1392~1402
    [74] H.E. Mr., Zhai Haohui. Ensuring Safe Drinking Water for Rural Areas Under A Sustainable & Human-Oriented Policy[J]. Address at the High-Level International Conference on Millennium Development Goals, 2004(8): 6
    [75] M.S. Djoudi, H. Bahai. A shallow shell finite element for the linear and non-linear analysis of cylin-drical shells[J]. Engineering Structures 25 (2003) 769~778
    [76] A.E. Assan. Analysis Of Multiple Stiffened Barrel Shell Structures by Strain-based Finite Elements[J]. Thin-Walled Structures 35 (1999) 233~253
    [77] E. A. SKELTON. Acoustic Scattering by a Rigid Disk or Annulus Clamped to Two Concentric Cylindrical Elastic Shells[J]. Journal of Sound and Vibration (1995) 181(4), 635~655
    [78] G. N. NURICK, M. D. OLSON, J. R. FAGNAN and A. LEVIN. Deformation and Tearing of Blast-loaded Sti!ened Square Plates[J]. International Journal of Impact Engineering1995(16), 273~291.
    [79] L. A. PILATO and M. J.MICHNA. Advanced CompositeMaterials[J]. New York: Springer-Verlag, 1994:157~185.
    [80] Chen Wen, Ren Wenrnin, Zhang Wei. Some discussions on calculation methods for the buckling of ring-stiffened cylindrical shells [J]. Journal of Tsinghua University V., 1994.16~20
    [81] H. S. TUG RKMEN. Structural Response of Laminated Composite Shells Subjected to Blast Loading: Comparison of Experimental and Theoretical Methodes[J]. Journal of Sound and vibration (2002) 249(4), 663~678
    [82] S.W. Gong, K.Y. Lam and J.N. Reddy. The Elastic Response of Functionally Graded Cylindrical Shells to Low-velocity Impact[J]. International Journal of Impact Engineering 22 (1999) 397~417
    [83] Fu Yiming, Luo Songnan. Nonlinear Dynamic Response of Shallo-buried Laminated Flat Spherical Shells in Soil[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, V.10, N.3 Sept 1993, 83~92
    [84] Tan Linsen. The Analysis of Stiffened Spheric Shell Using Stress Hybrid Shell Element and Isoparametric Curved Beam Element [J]. Computational Structural Mechanics and Applications, V.4, N.3 August 1987, 31~42
    [85] S. C. FAN and M. H. LUAH. Free Vibration Analysis of Arbitrary Thin Shell Structures by Using Spline Finite Element[J]. Journal of Sound and Vibration (1995) 179(5), 763~776
    [86] J. N. REDDY. Geometrically Nonlinear Transient Analysis of Laminated Composite Panels[J]. American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal 1983(21), 621~629
    [87] R. HOULSTON, J. E. SLATER, N. PEGG and C. G. DESROCHERS. On Analysis of Structural Response of Ship Panels Subjected to Air Blast Loading[J]. Computers and Structures 1985 (21), 273~289.
    [88] L. LIBRESCU and A. NOSIER. Response of Laminated Composite Flat panels to Sonic Boom and Explosive Blast Loadings[J]. American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal 1990(28), 345~352.
    [89] I. Sapariuc, M.D. Marcozzi, J.E. Flaherty. A Numerical Analysis of Variational Valuation Techniques for Derivative Securities[J]. Applied Mathematics and Computation 159 (2004) 171~198
    [90] R. HOULSTON and C. G. DESROCHERS. Nonlinear structural response of ship panels subjected to air blast loading[J]. Computers and Structures 1987(26), 1~15.
    [91] 刘东常,丁立杰,田耕,等. 柱壳结构外压稳定性分析的柱壳有限条元法[J]. 华北水利水电学院学报,2001(3): 23~25
    [92] 高建恩,等. 一种柔性环保橡塑水窖及其制作方法. 申请号:200510096014.9

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700