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)確計算出集水槽壁板承受的拉力，且不能根據(jù)水壓力的特點進(jìn)行變截面設(shè)計，同時忽略了暗框架與集水槽壁板作為一個整體，共同承受內(nèi)水壓力。

對于暗框架而言，采用傳統(tǒng)平面假定計算，暗框架布置間距范圍的內(nèi)水壓力全部由暗框架承受。由此計算計算出的暗框架結(jié)構(gòu)尺寸偏大，忽略了集水槽側(cè)壁共同受力的作用，計算方法偏保守。不能達(dá)到優(yōu)化設(shè)計，節(jié)省工程造價的目的。

集水槽有限元分析時分三種工況設(shè)計: 工況1 ：集水槽修建完成后，未投入運行，僅受風(fēng)荷載。 工況2：集水槽修建完成后，投入正常運行，不受風(fēng)荷載。 工況3：集水槽修建完成后，投入正常運行，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。

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)。

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(yīng)按拉彎構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計；能準(zhǔn)確計算出暗框架各構(gòu)件所受的彎矩、拉力或壓力，對暗框架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，減少集水槽混凝土工程量，節(jié)省工程造價。

對于集水槽樁基而言，三維有限元仿真計算，能準(zhǔn)確計算出每根樁的樁頂豎向力及水平力，進(jìn)行樁基優(yōu)化布置和選型設(shè)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(jìn)泥水、固液分離,同時提高回流污泥、剩余污泥濃度。二沉池設(shè)計和運行過程中的影響因素很多,如二沉池池型、進(jìn)水形式、表面積、池深、集水槽處的溢流堰上負(fù)荷以及污水的溫度、污泥自身的沉降性能等等。就池型及構(gòu)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(dāng)前污水生物處理中常見的一種形式。

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(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(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)行計算 ,平衡孔對三角堰進(jìn)水的影響按 5% 以內(nèi)考慮 ,則計算平衡孔孔徑經(jīng)推導(dǎo)計算表達(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)計為內(nèi)置雙側(cè)堰出水時 ,也宜設(shè)計離池壁 2～ 3 m處。 另外二沉池出水堰槽設(shè)計平衡孔時 ,也應(yīng)在設(shè)計中選擇適當(dāng)?shù)挠嬎惴椒ù_定 ,使二沉池出水槽和溢流堰處在合理的運行狀態(tài)。