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。

冷卻后的循環(huán)水經(jīng)高位收水裝置“U”型槽匯入集水槽至循環(huán)水泵房進(jìn)水間，再經(jīng)過循環(huán)水泵升壓后送回主廠房循環(huán)冷卻使用。集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，百萬機(jī)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(jìn)行靜力計算，通過后處理后便能對集水槽各部分構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計。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、拉梁及承臺梁)。

對于集水槽的樁基布置，傳統(tǒng)的豎向荷載平均法計算出的樁數(shù)偏多，不易準(zhǔn)確計算出樁承受的水平力。由集水槽結(jié)構(gòu)形式及受力特點分析可以看出，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。平面假定簡化計算只能顧此失彼，不能進(jìn)行整體計算。因此，為準(zhǔn)確真實地模擬集水槽結(jié)構(gòu)整體受力的特性，滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的，集水槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計有必要采用三維有限元整體分析計算。

按給水澄清池環(huán)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(jīng)驗取值為 0. 1 m。 結(jié)合寶洲污水處理廠二沉池工程實例,經(jīng)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(dǎo)致沉淀后的出水大部分直接從底部平衡孔流出 ,設(shè)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(xiàn)象 ,主要的措施只能是減少平衡孔數(shù)。 按式 ( 2)計算 ,平衡孔數(shù)只有17個。為此本項工程在實際的運(yùn)行中的平衡孔現(xiàn)已減少了 60個 ,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)力分析取①、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。