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(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 梁單元共計(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)。

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)。

對(duì)于集水槽的樁基布置，傳統(tǒng)的豎向荷載平均法計(jì)算出的樁數(shù)偏多，不易準(zhǔn)確計(jì)算出樁承受的水平力。由集水槽結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)分析可以看出，集水槽各部分構(gòu)件之間是相互協(xié)同作用，共同承受集水槽內(nèi)水壓力及其他荷載。平面假定簡化計(jì)算只能顧此失彼，不能進(jìn)行整體計(jì)算。因此，為準(zhǔn)確真實(shí)地模擬集水槽結(jié)構(gòu)整體受力的特性，滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，集水槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有必要采用三維有限元整體分析計(jì)算。

按給水澄清池環(huán)行集水槽計(jì)算公式計(jì)算得出堰上水頭為 0. 03 m ,跌水頭為 0. 07 m , h 值按經(jīng)驗(yàn)取值為 0. 1 m。 結(jié)合寶洲污水處理廠二沉池工程實(shí)例,經(jīng)計(jì)算孔徑值為 19 mm。 而該項(xiàng)工程開孔為 40 mm ,可以看出與計(jì)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(jì)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(jì)算 ,平衡孔數(shù)只有17個(gè)。為此本項(xiàng)工程在實(shí)際的運(yùn)行中的平衡孔現(xiàn)已減少了 60個(gè) ,其配水的均勻性及出水水質(zhì)均得到了較大的改善。

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(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。