集水槽有限元分析時分三種工況設計: 工況1 ：集水槽修建完成后，未投入運行，僅受風荷載。 工況2：集水槽修建完成后，投入正常運行，不受風荷載。 工況3：集水槽修建完成后，投入正常運行，受風荷載。 內力分析中，取以上3 種工況中不利組合進行結構設計。

在上述荷載及工礦組合下，采用ANSYS 有限元軟件進行靜力計算，通過后處理后便能對集水槽各部分構件進行內力分析及結構設計。集水槽內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、拉梁及承臺梁)。

水槽壁板的水平與豎向彎矩圖類似于連續梁，但與連續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，集水槽壁板應按拉彎構件進行配筋計算。

對于集水槽樁基而言，三維有限元仿真計算，能準確計算出每根樁的樁頂豎向力及水平力，進行樁基優化布置和選型設計。

二沉池是城市污水生物處理工藝中很重要的一個污水處理單元,其主要的作用是促進泥水、固液分離,同時提高回流污泥、剩余污泥濃度。二沉池設計和運行過程中的影響因素很多,如二沉池池型、進水形式、表面積、池深、集水槽處的溢流堰上負荷以及污水的溫度、污泥自身的沉降性能等等。就池型及構造而言,二沉池有輻流式、平流式、豎流式3種,池型有圓形、方形,而圓形輻流式二沉池是當前污水生物處理中常見的一種形式。

因集水槽內平衡孔開孔過大使三角堰均勻集水作用降低。 為此在泉州市水質凈化中心的大力幫助下,結合泉州寶洲污水處理廠二沉池運行時出現的問題和現象進行了試驗及分析。

一般的二沉池和集水槽較多地采用玻璃鋼或不銹鋼材料 ,為減少浮力對這類集水槽產生的影響 ,集水槽應設平衡孔。 泉州寶洲污水處理廠一期規模為5.0萬 m3 /d, K總 = 1. 3,現有 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 ,集水槽采用雙側集水環行集水槽 ,環行槽每 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。 為解決平衡孔開設影響三角堰均勻溢流出水的問題 ,結合泉州寶洲污水處理廠二沉池平衡孔的開設方式 ,平衡孔的水量可按薄壁小孔口淹沒出流公式進行計算 ,平衡孔對三角堰進水的影響按 5% 以內考慮 ,則計算平衡孔孔徑經推導計算表達式可寫為nd2 = 0. 023 2K總 Q / h1 /2 ( 2) 式中 , n 為平衡孔數; d 為平衡孔孔徑 ( m ); K總為污水總變化系數; Q 為單座二沉池設計污水量 ( m3 /s)。

按給水澄清池環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 值按經驗取值為 0. 1 m。 結合寶洲污水處理廠二沉池工程實例,經計算孔徑值為 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 ,成為導致沉淀后的出水大部分直接從底部平衡孔流出 ,設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象 ,主要的措施只能是減少平衡孔數。 按式 ( 2)計算 ,平衡孔數只有17個。為此本項工程在實際的運行中的平衡孔現已減少了 60個 ,其配水的均勻性及出水水質均得到了較大的改善。
在工程應用中 ,為確保沉淀效果和出水水質 ,設計除依照規范盡可能減少堰上負荷外 ,還避免堰的設置位置不當對出水帶來的影響 ,應避免采用外置單側堰方式出水; 二沉池出水設計為內置雙側堰出水時 ,也宜設計離池壁 2～ 3 m處。 另外二沉池出水堰槽設計平衡孔時 ,也應在設計中選擇適當的計算方法確定 ,使二沉池出水槽和溢流堰處在合理的運行狀態。