集水槽主要承受集水槽内的内水压力作用,其次是单层配水槽传来的集中荷载及风荷载。内水压力随水深增加,压力越大,在内水压力作用下,集水槽壁板同时承受弯矩与拉力作用。采用传统平面假定方法不易准确计算出集水槽壁板承受的拉力,且不能根据水压力的特点进行变截面设计,同时忽略了暗框架与集水槽壁板作为一个整体,共同承受内水压力。
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。
集水槽为地面式钢筋混凝土结构,位于高位收水冷却塔收水装置下。其所受荷载为:自重: 25 kN/m集水槽内水压力: 为水深的线性函数,大为140 kN/m风荷载:基本风压:0.40 kPa集中荷载:单层配水槽传来的集中荷载。集水槽内水压力作为面荷载作用于集水槽侧壁及底板,风荷载作为面荷载作用于集水槽侧壁,单层配水槽传来的集中荷载作用于集水槽暗框架顶梁上。
集水槽有限元分析时分三种工况设计: 工况1 :集水槽修建完成后,未投入运行,仅受风荷载。 工况2:集水槽修建完成后,投入正常运行,不受风荷载。 工况3:集水槽修建完成后,投入正常运行,受风荷载。 内力分析中,取以上3 种工况中不利组合进行结构设计。
在上述荷载及工矿组合下,采用ANSYS 有限元软件进行静力计算,通过后处理后便能对集水槽各部分构件进行内力分析及结构设计。集水槽内力分析可以分为集水槽壁板和暗框架( 包括暗框架柱、暗框架顶梁、拉梁及承台梁)。
集水槽整体位移变形可以看出,集水槽暗框架在⑥轴线变形大,集水槽壁板在①、②与⑤、⑥轴线之间变形大。集水槽的大变形约为14 mm。集水槽壁板内力分析取①、②轴线跨中(X=10.4 m)、⑤、⑥轴线跨中(X=43.2 m) 及沿集水槽高度方向(Z=5.0 m) 处进行内力分析。集水槽壁板竖向、水平向均同时承受拉力和弯矩。水平向所受拉力大于竖向,越靠近集水槽底部,水压力越大,水平向所受约束也约大,所受的拉力越大,大拉了为657 kN/m,弯矩大约-267 kN · m/m。
沿集水槽长度方向( 水 力及弯矩,为拉弯构件,承台梁的大弯矩为平向),暗框架柱类似于集水槽壁板的支座,集3077 kN · m,大轴向拉力为1258 kN。
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。
在工程应用中 ,为确保沉淀效果和出水水质 ,设计除依照规范尽可能减少堰上负荷外 ,还避免堰的设置位置不当对出水带来的影响 ,应避免采用外置单侧堰方式出水; 二沉池出水设计为内置双侧堰出水时 ,也宜设计离池壁 2~ 3 m处。 另外二沉池出水堰槽设计平衡孔时 ,也应在设计中选择适当的计算方法确定 ,使二沉池出水槽和溢流堰处在合理的运行状态。
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