對于暗框架而言，采用傳統(tǒng)平面假定計算，暗框架布置間距范圍的內(nèi)水壓力全部由暗框架承受。由此計算計算出的暗框架結(jié)構(gòu)尺寸偏大，忽略了集水槽側(cè)壁共同受力的作用，計算方法偏保守。不能達到優(yōu)化設(shè)計，節(jié)省工程造價的目的。

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(jié)構(gòu)形式及受力特點分析可以看出，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(jié)構(gòu)整體受力的特性，滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的，集水槽的結(jié)構(gòu)設(shè)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(cè)集水槽進行有限元三維建模，進行有限元整體結(jié)構(gòu)計算。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(gòu)件。同時，在后處理時能提取集水槽側(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，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(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(nèi)水壓力作為面荷載作用于集水槽側(cè)壁及底板，風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。

通過有限元三維仿真計算分析可知，集水槽壁板豎向及水平向同時承受彎矩和拉力，應(yīng)按拉彎構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計；能準確計算出暗框架各構(gòu)件所受的彎矩、拉力或壓力，對暗框架進行優(yōu)化設(shè)計，減少集水槽混凝土工程量，節(jié)省工程造價。

二沉池是城市污水生物處理工藝中很重要的一個污水處理單元,其主要的作用是促進泥水、固液分離,同時提高回流污泥、剩余污泥濃度。二沉池設(shè)計和運行過程中的影響因素很多,如二沉池池型、進水形式、表面積、池深、集水槽處的溢流堰上負荷以及污水的溫度、污泥自身的沉降性能等等。就池型及構(gòu)造而言,二沉池有輻流式、平流式、豎流式3種,池型有圓形、方形,而圓形輻流式二沉池是當前污水生物處理中常見的一種形式。

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 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°開一個平衡孔 ,孔徑為 40 mm,共 80孔。 實際運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從而影響出水水質(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行計算 ,平衡孔對三角堰進水的影響按 5% 以內(nèi)考慮 ,則計算平衡孔孔徑經(jīng)推導(dǎo)計算表達式可寫為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)計污水量 ( m3 /s)。

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(jīng)驗取值為 0. 1 m。 結(jié)合寶洲污水處理廠二沉池工程實例,經(jīng)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(dǎo)致沉淀后的出水大部分直接從底部平衡孔流出 ,設(shè)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(zhì)均得到了較大的改善。
在工程應(yīng)用中 ,為確保沉淀效果和出水水質(zhì) ,設(shè)計除依照規(guī)范盡可能減少堰上負荷外 ,還避免堰的設(shè)置位置不當對出水帶來的影響 ,應(yīng)避免采用外置單側(cè)堰方式出水; 二沉池出水設(shè)計為內(nèi)置雙側(cè)堰出水時 ,也宜設(shè)計離池壁 2～ 3 m處。 另外二沉池出水堰槽設(shè)計平衡孔時 ,也應(yīng)在設(shè)計中選擇適當?shù)挠嬎惴椒ù_定 ,使二沉池出水槽和溢流堰處在合理的運行狀態(tài)。