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。

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。

集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，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(nèi)水壓力: 為水深的線性函數(shù)，大為140 kN/m風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓：0.40 kPa集中荷載：單層配水槽傳來的集中荷載。集水槽內(nèi)水壓力作為面荷載作用于集水槽側(cè)壁及底板，風(fēng)荷載作為面荷載作用于集水槽側(cè)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。

集水槽有限元分析時(shí)分三種工況設(shè)計(jì): 工況1 ：集水槽修建完成后，未投入運(yùn)行，僅受風(fēng)荷載。 工況2：集水槽修建完成后，投入正常運(yùn)行，不受風(fēng)荷載。 工況3：集水槽修建完成后，投入正常運(yùn)行，受風(fēng)荷載。 內(nèi)力分析中，取以上3 種工況中不利組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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)。

水槽壁板的水平與豎向彎矩圖類似于連續(xù)梁，但與連續(xù)梁彎矩不同之處在于，集水槽壁板同時(shí)受拉力，且集水槽水平向的拉力遠(yuǎn)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(yīng)按拉彎構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算。

高位收水冷卻塔集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。集水槽壁板和暗框架作為一個(gè)整體共同承受槽內(nèi)水壓力、風(fēng)荷載及單層配水槽傳來的集中荷載。采用傳統(tǒng)的平面假定計(jì)算方法難以準(zhǔn)確計(jì)算出集水槽壁板所受拉力，進(jìn)行變截面設(shè)計(jì)；不能對(duì)暗框架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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(duì)這類集水槽產(chǎn)生的影響 ,集水槽應(yīng)設(shè)平衡孔。 泉州寶洲污水處理廠一期規(guī)模為5.0萬 m3 /d, K總 = 1. 3,現(xiàn)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(cè)集水環(huán)行集水槽 ,環(huán)行槽每 4. 5°開一個(gè)平衡孔 ,孔徑為 40 mm,共 80孔。 實(shí)際運(yùn)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(zhì)。 為解決平衡孔開設(shè)影響三角堰均勻溢流出水的問題 ,結(jié)合泉州寶洲污水處理廠二沉池平衡孔的開設(shè)方式 ,平衡孔的水量可按薄壁小孔口淹沒出流公式進(jìn)行計(jì)算 ,平衡孔對(duì)三角堰進(jìn)水的影響按 5% 以內(nèi)考慮 ,則計(jì)算平衡孔孔徑經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算表達(dá)式可寫為nd2 = 0. 023 2K總 Q / h1 /2 ( 2) 式中 , n 為平衡孔數(shù); d 為平衡孔孔徑 ( m ); K總為污水總變化系數(shù); Q 為單座二沉池設(shè)計(jì)污水量 ( m3 /s)。
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)。