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(lái)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。

以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔中央豎井左側(cè)集水槽進(jìn)行有限元三維建模，進(jìn)行有限元整體結(jié)構(gòu)計(jì)算。集水槽底板、側(cè)壁采用Shell181 三維殼單元，暗框架柱、框架頂梁、拉梁，承臺(tái)梁及灌注樁均采用Bea m188 三維梁?jiǎn)卧?。Shell181 及Bea m188 單元能很好地模擬集水槽各部分構(gòu)件。同時(shí)，在后處理時(shí)能提取集水槽側(cè)壁、底板、暗框架柱及梁的彎矩、剪力及軸力，方便直接用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行配筋計(jì)算。三維模型中shell181 殼單元共有7342 個(gè)，Bea m188 梁?jiǎn)卧灿?jì)782 個(gè)。

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(guò)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(lèi)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。

通過(guò)有限元三維仿真計(jì)算分析可知，集水槽壁板豎向及水平向同時(shí)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(jì)；能準(zhǔn)確計(jì)算出暗框架各構(gòu)件所受的彎矩、拉力或壓力，對(duì)暗框架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少集水槽混凝土工程量，節(jié)省工程造價(jià)。

對(duì)于集水槽樁基而言，三維有限元仿真計(jì)算，能準(zhǔn)確計(jì)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(jì)。