以重慶地區某工程高位收水冷卻塔中央豎井左側集水槽進行有限元三維建模,進行有限元整體結構計算。集水槽底板、側壁采用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件。同時,在后處理時能提取集水槽側壁、底板、暗框架柱及梁的彎矩、剪力及軸力,方便直接用于結構設計,進行配筋計算。三維模型中shell181 殼單元共有7342 個,Bea m188 梁單元共計782 個。
冷卻后的循環水經高位收水裝置“U”型槽匯入集水槽至循環水泵房進水間,再經過循環水泵升壓后送回主廠房循環冷卻使用。集水槽為地面式鋼筋混凝土結構,百萬機組的集水槽高度約在14 ~23 m 之間,沿冷卻塔徑向布置,與中央豎井相連。
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)。
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。
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。
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。
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