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(jù)高位收水冷卻塔淋水構架的柱網(wǎng)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。
集水槽主要承受集水槽內的內水壓力作用,其次是單層配水槽傳來的集中荷載及風荷載。內水壓力隨水深增加,壓力越大,在內水壓力作用下,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)水壓力的特點進行變截面設計,同時忽略了暗框架與集水槽壁板作為一個整體,共同承受內水壓力。
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,不易準確計算出樁承受的水平力。由集水槽結構形式及受力特點分析可以看出,集水槽各部分構件之間是相互協(xié)同作用,共同承受集水槽內水壓力及其他荷載。平面假定簡化計算只能顧此失彼,不能進行整體計算。因此,為準確真實地模擬集水槽結構整體受力的特性,滿足結構優(yōu)化設計的目的,集水槽的結構設計有必要采用三維有限元整體分析計算。
以重慶地區(qū)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。
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(shù),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) 處進行內力分析。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。
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(yōu)化布置和選型設計。
二沉池集水槽是污水沉淀過程中泥水、固液分離的后一道環(huán)節(jié)和工序,在實際的工程設計中,常見有3種布置形式: 內置雙側堰式、內置單側堰式、外置單側堰式 。內置單側堰式、外置單側堰式均為單側堰進水,設計堰上負荷基本一致,從構造和水力條件來看,兩者沒有明顯的優(yōu)劣之分。內置雙側堰式的集水槽因堰上負荷小、出水水質好而應用較多。 但在近的工程設計與應用中發(fā)現(xiàn)雙側堰進水集水槽主要存在2個現(xiàn)象:
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(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均得到了較大的改善。
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