集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，百萬(wàn)機(jī)組集水槽的高度在14 ～23 m，根據(jù)高位收水冷卻塔淋水構(gòu)架的柱網(wǎng)間距，沿集水槽縱向布置暗框架，暗框架頂梁上擱置單層配水槽，暗框架沿高度方向從上至下一定間距設(shè)置拉梁。暗框架與集水槽形成一個(gè)整體，共同受力。

集水槽主要承受集水槽內(nèi)的內(nèi)水壓力作用，其次是單層配水槽傳來(lái)的集中荷載及風(fēng)荷載。內(nèi)水壓力隨水深增加，壓力越大，在內(nèi)水壓力作用下，集水槽壁板同時(shí)承受彎矩與拉力作用。采用傳統(tǒng)平面假定方法不易準(zhǔn)確計(jì)算出集水槽壁板承受的拉力，且不能根據(jù)水壓力的特點(diǎn)進(jìn)行變截面設(shè)計(jì)，同時(shí)忽略了暗框架與集水槽壁板作為一個(gè)整體，共同承受內(nèi)水壓力。

對(duì)于暗框架而言，采用傳統(tǒng)平面假定計(jì)算，暗框架布置間距范圍的內(nèi)水壓力全部由暗框架承受。由此計(jì)算計(jì)算出的暗框架結(jié)構(gòu)尺寸偏大，忽略了集水槽側(cè)壁共同受力的作用，計(jì)算方法偏保守。不能達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省工程造價(jià)的目的。

以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔中央豎井左側(cè)集水槽進(jìn)行有限元三維建模，進(jìn)行有限元整體結(jié)構(gòu)計(jì)算。集水槽底板、側(cè)壁采用Shell181 三維殼單元，暗框架柱、框架頂梁、拉梁，承臺(tái)梁及灌注樁均采用Bea m188 三維梁?jiǎn)卧?。Shell181 及Bea m188 單元能很好地模擬集水槽各部分構(gòu)件。同時(shí)，在后處理時(shí)能提取集水槽側(cè)壁、底板、暗框架柱及梁的彎矩、剪力及軸力，方便直接用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行配筋計(jì)算。三維模型中shell181 殼單元共有7342 個(gè)，Bea m188 梁?jiǎn)卧灿?jì)782 個(gè)。

集水槽整體位移變形可以看出，集水槽暗框架在⑥軸線變形大，集水槽壁板在①、②與⑤、⑥軸線之間變形大。集水槽的大變形約為14 mm。集水槽壁板內(nèi)力分析取①、②軸線跨中(X=10.4 m)、⑤、⑥軸線跨中(X=43.2 m) 及沿集水槽高度方向(Z=5.0 m) 處進(jìn)行內(nèi)力分析。集水槽壁板豎向、水平向均同時(shí)承受拉力和彎矩。水平向所受拉力大于豎向，越靠近集水槽底部，水壓力越大，水平向所受約束也約大，所受的拉力越大，大拉了為657 kN/m，彎矩大約－267 kN · m/m。

因集水槽內(nèi)平衡孔開(kāi)孔過(guò)大使三角堰均勻集水作用降低。 為此在泉州市水質(zhì)凈化中心的大力幫助下,結(jié)合泉州寶洲污水處理廠二沉池運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題和現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)及分析。

一般的二沉池和集水槽較多地采用玻璃鋼或不銹鋼材料 ,為減少浮力對(duì)這類集水槽產(chǎn)生的影響 ,集水槽應(yīng)設(shè)平衡孔。 泉州寶洲污水處理廠一期規(guī)模為5.0萬(wàn) m3 /d, K總 = 1. 3,現(xiàn)有 2座圓形輻流二沉池即采用了不銹鋼材料做集水槽和三角堰板 ,集水槽采用雙側(cè)集水環(huán)行集水槽 ,環(huán)行槽每 4. 5°開(kāi)一個(gè)平衡孔 ,孔徑為 40 mm,共 80孔。 實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中沉淀后出水很大比例均從平衡孔中冒出 ,三角溢流堰出水較少?gòu)亩绊懗鏊|(zhì)。 為解決平衡孔開(kāi)設(shè)影響三角堰均勻溢流出水的問(wèn)題 ,結(jié)合泉州寶洲污水處理廠二沉池平衡孔的開(kāi)設(shè)方式 ,平衡孔的水量可按薄壁小孔口淹沒(méi)出流公式進(jìn)行計(jì)算 ,平衡孔對(duì)三角堰進(jìn)水的影響按 5% 以內(nèi)考慮 ,則計(jì)算平衡孔孔徑經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算表達(dá)式可寫(xiě)為nd2 = 0. 023 2K總 Q / h1 /2 ( 2) 式中 , n 為平衡孔數(shù); d 為平衡孔孔徑 ( m ); K總為污水總變化系數(shù); Q 為單座二沉池設(shè)計(jì)污水量 ( m3 /s)。

出水堰槽的設(shè)置方式及位置在現(xiàn)行設(shè)計(jì)水力負(fù)荷和停留時(shí)間下是影響出水水質(zhì)的一個(gè)主要因素 , 上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)雖然進(jìn)一步驗(yàn)證了由污水處理廠運(yùn)行維護(hù)與管理等相關(guān)文章提出的圓形中心進(jìn)水二沉池出水水質(zhì)位置不在靠近池壁處這一現(xiàn)象 ,但理論上還沒(méi)有較全面的解釋和分析 ,仍然有深入研究的必要。
在工程應(yīng)用中 ,為確保沉淀效果和出水水質(zhì) ,設(shè)計(jì)除依照規(guī)范盡可能減少堰上負(fù)荷外 ,還避免堰的設(shè)置位置不當(dāng)對(duì)出水帶來(lái)的影響 ,應(yīng)避免采用外置單側(cè)堰方式出水; 二沉池出水設(shè)計(jì)為內(nèi)置雙側(cè)堰出水時(shí) ,也宜設(shè)計(jì)離池壁 2～ 3 m處。 另外二沉池出水堰槽設(shè)計(jì)平衡孔時(shí) ,也應(yīng)在設(shè)計(jì)中選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法確定 ,使二沉池出水槽和溢流堰處在合理的運(yùn)行狀態(tài)。