一种拼装式集雨水窖结构优化设计

我中心2006届硕士研究生肖克飚同学，在导师吴普特研究员的指导下，经过三年努力完成了一种拼装式集雨水窖结构优化设计

                               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10m3，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。