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)。

在上述荷載及工礦組合下，采用ANSYS 有限元軟件進(jìn)行靜力計(jì)算，通過(guò)后處理后便能對(duì)集水槽各部分構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。集水槽內(nèi)力分析可以分為集水槽壁板和暗框架( 包括暗框架柱、暗框架頂梁、拉梁及承臺(tái)梁)。

水槽壁板的水平與豎向彎矩圖類(lèi)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(shí)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(jì)算。

沿集水槽長(zhǎng)度方向( 水 力及彎矩，為拉彎構(gòu)件，承臺(tái)梁的大彎矩為平向)，暗框架柱類(lèi)似于集水槽壁板的支座，集3077 kN · m，大軸向拉力為1258 kN。對(duì)于集水槽樁基而言，三維有限元仿真計(jì)算，能準(zhǔn)確計(jì)算出每根樁的樁頂豎向力及水平力，進(jìn)行樁基優(yōu)化布置和選型設(shè)計(jì)。

通過(guò)有限元三維仿真計(jì)算分析可知，集水槽壁板豎向及水平向同時(shí)承受彎矩和拉力，應(yīng)按拉彎構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；能準(zhǔn)確計(jì)算出暗框架各構(gòu)件所受的彎矩、拉力或壓力，對(duì)暗框架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少集水槽混凝土工程量，節(jié)省工程造價(jià)。

隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)發(fā)展，對(duì)電力的需求不斷加大。國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠百萬(wàn)機(jī)組新建工程陸續(xù)增多，超大型自然通風(fēng)冷卻塔逐漸受到火力發(fā)電相關(guān)人士的重視。根據(jù)國(guó)家節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)的要求，具有明顯節(jié)能、降噪優(yōu)勢(shì)的高位水收水冷卻塔具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是隨著高位收水冷卻塔逐步國(guó)產(chǎn)化后，其優(yōu)勢(shì)更加明顯。

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?、佟ⅱ谳S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。

集水槽有限元分析時(shí)分三種工況設(shè)計(jì): 工況1 ：集水槽修建完成后，未投入運(yùn)行，僅受風(fēng)荷載。 工況2：集水槽修建完成后，投入正常運(yùn)行，不受風(fēng)荷載。 工況3：集水槽修建完成后，投入正常運(yùn)行，受風(fēng)荷載。 內(nèi)力分析中，取以上3 種工況中不利組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
高位收水冷卻塔不同于常規(guī)濕冷塔之處主要在于取消了常規(guī)濕冷卻塔底部的集水池和雨區(qū)，而在填料層底部直接采用高位收水裝置。在正常運(yùn)行情況下，其內(nèi)全部盛滿循環(huán)冷卻水，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的平面假定計(jì)算不能滿足集水槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全經(jīng)濟(jì)的要求。