对于集水槽的桩基布置，传统的竖向荷载平均法计算出的桩数偏多，不易准确计算出桩承受的水平力。由集水槽结构形式及受力特点分析可以看出，集水槽各部分构件之间是相互协同作用，共同承受集水槽内水压力及其他荷载。平面假定简化计算只能顾此失彼，不能进行整体计算。因此，为准确真实地模拟集水槽结构整体受力的特性，满足结构优化设计的目的，集水槽的结构设计有必要采用三维有限元整体分析计算。
以重庆地区某工程高位收水冷却塔中央竖井左侧集水槽进行有限元三维建模，进行有限元整体结构计算。集水槽底板、侧壁采用Shell181 三维壳单元，暗框架柱、框架顶梁、拉梁，承台梁及灌注桩均采用Bea m188 三维梁单元。Shell181 及Bea m188 单元能很好地模拟集水槽各部分构件。同时，在后处理时能提取集水槽侧壁、底板、暗框架柱及梁的弯矩、剪力及轴力，方便直接用于结构设计，进行配筋计算。三维模型中shell181 壳单元共有7342 个，Bea m188 梁单元共计782 个。
水槽壁板的水平与竖向弯矩图类似于连续梁，但与连续梁弯矩不同之处在于，集水槽壁板同时受拉力，且集水槽水平向的拉力远大于竖向所受拉力。水平向大弯矩为－258 kN · m/m，大拉力为687 kN/m ；竖向大弯矩为465 kN · m/m，大拉力为113 kN/m。因此，集水槽壁板应按拉弯构件进行配筋计算。
通过有限元三维仿真计算分析可知，集水槽壁板竖向及水平向同时承受弯矩和拉力，应按拉弯构件进行结构设计；能准确计算出暗框架各构件所受的弯矩、拉力或压力，对暗框架进行优化设计，减少集水槽混凝土工程量，节省工程造价。
二沉池是城市污水生物处理工艺中很重要的一个污水处理单元,其主要的作用是促进泥水、固液分离,同时提高回流污泥、剩余污泥浓度。二沉池设计和运行过程中的影响因素很多,如二沉池池型、进水形式、表面积、池深、集水槽处的溢流堰上负荷以及污水的温度、污泥自身的沉降性能等等。就池型及构造而言,二沉池有辐流式、平流式、竖流式3种,池型有圆形、方形,而圆形辐流式二沉池是当前污水生物处理中常见的一种形式。
二沉池集水槽是污水沉淀过程中泥水、固液分离的后一道环节和工序,在实际的工程设计中,常见有3种布置形式: 内置双侧堰式、内置单侧堰式、外置单侧堰式 。内置单侧堰式、外置单侧堰式均为单侧堰进水,设计堰上负荷基本一致,从构造和水力条件来看,两者没有明显的优劣之分。内置双侧堰式的集水槽因堰上负荷小、出水水质好而应用较多。 但在近的工程设计与应用中发现双侧堰进水集水槽主要存在2个现象:
因集水槽内平衡孔开孔过大使三角堰均匀集水作用降低。 为此在泉州市水质净化中心的大力帮助下,结合泉州宝洲污水处理厂二沉池运行时出现的问题和现象进行了试验及分析。
一般的二沉池和集水槽较多地采用玻璃钢或不锈钢材料 ,为减少浮力对这类集水槽产生的影响 ,集水槽应设平衡孔。 泉州宝洲污水处理厂一期规模为5.0万 m3 /d, K总 = 1. 3,现有 2座圆形辐流二沉池即采用了不锈钢材料做集水槽和三角堰板 ,集水槽采用双侧集水环行集水槽 ,环行槽每 4. 5°开一个平衡孔 ,孔径为 40 mm,共 80孔。 实际运行过程中沉淀后出水很大比例均从平衡孔中冒出 ,三角溢流堰出水较少从而影响出水水质。 为解决平衡孔开设影响三角堰均匀溢流出水的问题 ,结合泉州宝洲污水处理厂二沉池平衡孔的开设方式 ,平衡孔的水量可按薄壁小孔口淹没出流公式进行计算 ,平衡孔对三角堰进水的影响按 5% 以内考虑 ,则计算平衡孔孔径经推导计算表达式可写为nd2 = 0. 023 2K总 Q / h1 /2 ( 2) 式中 , n 为平衡孔数; d 为平衡孔孔径 ( m ); K总为污水总变化系数; Q 为单座二沉池设计污水量 ( m3 /s)。
出水堰槽的设置方式及位置在现行设计水力负荷和停留时间下是影响出水水质的一个主要因素 , 上述试验数据虽然进一步验证了由污水处理厂运行维护与管理等相关文章提出的圆形中心进水二沉池出水水质位置不在靠近池壁处这一现象 ,但理论上还没有较全面的解释和分析 ,仍然有深入研究的必要。
