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)確計算出集水槽壁板承受的拉力，且不能根據(jù)水壓力的特點進(jìn)行變截面設(shè)計，同時忽略了暗框架與集水槽壁板作為一個整體，共同承受內(nèi)水壓力。
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。
集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，位于高位收水冷卻塔收水裝置下。其所受荷載為：自重: 25 kN/m集水槽內(nèi)水壓力: 為水深的線性函數(shù)，大為140 kN/m風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓：0.40 kPa集中荷載：單層配水槽傳來的集中荷載。集水槽內(nèi)水壓力作為面荷載作用于集水槽側(cè)壁及底板，風(fēng)荷載作為面荷載作用于集水槽側(cè)壁，單層配水槽傳來的集中荷載作用于集水槽暗框架頂梁上。
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?、?、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。
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。
通過有限元三維仿真計算分析可知，集水槽壁板豎向及水平向同時承受彎矩和拉力，應(yīng)按拉彎構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計；能準(zhǔn)確計算出暗框架各構(gòu)件所受的彎矩、拉力或壓力，對暗框架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，減少集水槽混凝土工程量，節(jié)省工程造價。
對于集水槽樁基而言，三維有限元仿真計算，能準(zhǔn)確計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。
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)。
出水堰槽的設(shè)置方式及位置在現(xiàn)行設(shè)計水力負(fù)荷和停留時間下是影響出水水質(zhì)的一個主要因素 , 上述試驗數(shù)據(jù)雖然進(jìn)一步驗證了由污水處理廠運行維護(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 ,但理論上還沒有較全面的解釋和分析 ,仍然有深入研究的必要。
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