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(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。

對(duì)于暗框架而言，采用傳統(tǒng)平面假定計(jì)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(jì)算計(jì)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(jì)算方法偏保守。不能達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省工程造價(jià)的目的。

對(duì)于集水槽的樁基布置，傳統(tǒng)的豎向荷載平均法計(jì)算出的樁數(shù)偏多，不易準(zhǔn)確計(jì)算出樁承受的水平力。由集水槽結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)分析可以看出，集水槽各部分構(gòu)件之間是相互協(xié)同作用，共同承受集水槽內(nèi)水壓力及其他荷載。平面假定簡(jiǎn)化計(jì)算只能顧此失彼，不能進(jìn)行整體計(jì)算。因此，為準(zhǔn)確真實(shí)地模擬集水槽結(jié)構(gòu)整體受力的特性，滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，集水槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有必要采用三維有限元整體分析計(jì)算。

集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，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(nèi)水壓力: 為水深的線性函數(shù)，大為140 kN/m風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓：0.40 kPa集中荷載：?jiǎn)螌优渌蹅鱽淼募泻奢d。集水槽內(nèi)水壓力作為面荷載作用于集水槽側(cè)壁及底板，風(fēng)荷載作為面荷載作用于集水槽側(cè)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(nèi)力分析?、?、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(jìn)行內(nèi)力分析。集水槽壁板豎向、水平向均同時(shí)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。

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(shí)際的工程設(shè)計(jì)中,常見有3種布置形式: 內(nèi)置雙側(cè)堰式、內(nèi)置單側(cè)堰式、外置單側(cè)堰式 。內(nèi)置單側(cè)堰式、外置單側(cè)堰式均為單側(cè)堰進(jìn)水,設(shè)計(jì)堰上負(fù)荷基本一致,從構(gòu)造和水力條件來看,兩者沒有明顯的優(yōu)劣之分。內(nèi)置雙側(cè)堰式的集水槽因堰上負(fù)荷小、出水水質(zhì)好而應(yīng)用較多。 但在近的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)雙側(cè)堰進(jìn)水集水槽主要存在2個(gè)現(xiàn)象:

因集水槽內(nèi)平衡孔開孔過大使三角堰均勻集水作用降低。 為此在泉州市水質(zhì)凈化中心的大力幫助下,結(jié)合泉州寶洲污水處理廠二沉池運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的問題和現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)及分析。

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(duì)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(wàn) 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(gè)平衡孔 ,孔徑為 40 mm,共 80孔。 實(shí)際運(yùn)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?gòu)亩绊懗鏊|(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(jì)算 ,平衡孔對(duì)三角堰進(jìn)水的影響按 5% 以內(nèi)考慮 ,則計(jì)算平衡孔孔徑經(jīng)推導(dǎo)計(jì)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(jì)污水量 ( m3 /s)。
按給水澄清池環(huán)行集水槽計(jì)算公式計(jì)算得出堰上水頭為 0. 03 m ,跌水頭為 0. 07 m , h 值按經(jīng)驗(yàn)取值為 0. 1 m。 結(jié)合寶洲污水處理廠二沉池工程實(shí)例,經(jīng)計(jì)算孔徑值為 19 mm。 而該項(xiàng)工程開孔為 40 mm ,可以看出與計(jì)算值的明顯差異 ,成為導(dǎo)致沉淀后的出水大部分直接從底部平衡孔流出 ,設(shè)計(jì)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(jì)算 ,平衡孔數(shù)只有17個(gè)。為此本項(xiàng)工程在實(shí)際的運(yùn)行中的平衡孔現(xiàn)已減少了 60個(gè) ,其配水的均勻性及出水水質(zhì)均得到了較大的改善。