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，承臺梁及灌注樁均采用Bea m188 三維梁單元。Shell181 及Bea m188 單元能很好地模擬集水槽各部分構(gòu)件。同時，在后處理時能提取集水槽側(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，進(jìn)行配筋計算。三維模型中shell181 殼單元共有7342 個，Bea m188 梁單元共計782 個。

水槽壁板的水平與豎向彎矩圖類似于連續(xù)梁，但與連續(xù)梁彎矩不同之處在于，集水槽壁板同時受拉力，且集水槽水平向的拉力遠(yuǎn)大于豎向所受拉力。水平向大彎矩為－258 kN · m/m，大拉力為687 kN/m ；豎向大彎矩為465 kN · m/m，大拉力為113 kN/m。因此，集水槽壁板應(yīng)按拉彎構(gòu)件進(jìn)行配筋計算。

高位收水冷卻塔集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。集水槽壁板和暗框架作為一個整體共同承受槽內(nèi)水壓力、風(fēng)荷載及單層配水槽傳來的集中荷載。采用傳統(tǒng)的平面假定計算方法難以準(zhǔn)確計算出集水槽壁板所受拉力，進(jìn)行變截面設(shè)計；不能對暗框架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

二沉池集水槽是污水沉淀過程中泥水、固液分離的后一道環(huán)節(jié)和工序,在實際的工程設(shè)計中,常見有3種布置形式: 內(nèi)置雙側(cè)堰式、內(nèi)置單側(cè)堰式、外置單側(cè)堰式 。內(nèi)置單側(cè)堰式、外置單側(cè)堰式均為單側(cè)堰進(jìn)水,設(shè)計堰上負(fù)荷基本一致,從構(gòu)造和水力條件來看,兩者沒有明顯的優(yōu)劣之分。內(nèi)置雙側(cè)堰式的集水槽因堰上負(fù)荷小、出水水質(zhì)好而應(yīng)用較多。 但在近的工程設(shè)計與應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)雙側(cè)堰進(jìn)水集水槽主要存在2個現(xiàn)象:

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 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°開一個平衡孔 ,孔徑為 40 mm,共 80孔。 實際運(yùn)行過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從而影響出水水質(zhì)。 為解決平衡孔開設(shè)影響三角堰均勻溢流出水的問題 ,結(jié)合泉州寶洲污水處理廠二沉池平衡孔的開設(shè)方式 ,平衡孔的水量可按薄壁小孔口淹沒出流公式進(jìn)行計算 ,平衡孔對三角堰進(jìn)水的影響按 5% 以內(nèi)考慮 ,則計算平衡孔孔徑經(jīng)推導(dǎo)計算表達(dá)式可寫為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)計污水量 ( m3 /s)。

按給水澄清池環(huán)行集水槽計算公式計算得出堰上水頭為 0. 03 m ,跌水頭為 0. 07 m , h 值按經(jīng)驗取值為 0. 1 m。 結(jié)合寶洲污水處理廠二沉池工程實例,經(jīng)計算孔徑值為 19 mm。 而該項工程開孔為 40 mm ,可以看出與計算值的明顯差異 ,成為導(dǎo)致沉淀后的出水大部分直接從底部平衡孔流出 ,設(shè)計均勻分布的三角堰作用降低的根本原因。為解決三角堰不能均勻集水的現(xiàn)象 ,主要的措施只能是減少平衡孔數(shù)。 按式 ( 2)計算 ,平衡孔數(shù)只有17個。為此本項工程在實際的運(yùn)行中的平衡孔現(xiàn)已減少了 60個 ,其配水的均勻性及出水水質(zhì)均得到了較大的改善。