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)。
對于暗框架而言,采用傳統平面假定計算,暗框架布置間距范圍的內水壓力全部由暗框架承受。由此計算計算出的暗框架結構尺寸偏大,忽略了集水槽側壁共同受力的作用,計算方法偏保守。不能達到優化設計,節省工程造價的目的。
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。
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。
沿集水槽長度方向( 水 力及彎矩,為拉彎構件,承臺梁的大彎矩為平向),暗框架柱類似于集水槽壁板的支座,集3077 kN · m,大軸向拉力為1258 kN。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。
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,應按拉彎構件進行結構設計;能準確計算出暗框架各構件所受的彎矩、拉力或壓力,對暗框架進行優化設計,減少集水槽混凝土工程量,節省工程造價。
集水槽為地面式鋼筋混凝土結構,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集水槽內水壓力: 為水深的線性函數,大為140 kN/m風荷載:基本風壓:0.40 kPa集中荷載:單層配水槽傳來的集中荷載。集水槽內水壓力作為面荷載作用于集水槽側壁及底板,風荷載作為面荷載作用于集水槽側壁,單層配水槽傳來的集中荷載作用于集水槽暗框架頂梁上。
集水槽為地面式鋼筋混凝土結構,百萬機組集水槽的高度在14 ~23 m,根據高位收水冷卻塔淋水構架的柱網間距,沿集水槽縱向布置暗框架,暗框架頂梁上擱置單層配水槽,暗框架沿高度方向從上至下一定間距設置拉梁。暗框架與集水槽形成一個整體,共同受力。
高位收水冷卻塔不同于常規濕冷塔之處主要在于取消了常規濕冷卻塔底部的集水池和雨區,而在填料層底部直接采用高位收水裝置。在正常運行情況下,其內全部盛滿循環冷卻水,其結構設計采用傳統的平面假定計算不能滿足集水槽結構設計安全經濟的要求。
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