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(jìn)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。
以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔集水槽為例，介紹高位收水冷卻塔集水槽的結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)。重慶地區(qū)某工程冷卻塔采用高位收水冷卻塔，集水槽斷面尺寸(B×H)：5.6 ×14.0 m，其地基形式為樁基。
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(fù)荷外 ,還避免堰的設(shè)置位置不當(dāng)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(dāng)?shù)挠嬎惴椒ù_定 ,使二沉池出水槽和溢流堰處在合理的運(yùn)行狀態(tài)。
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(dá)到優(yōu)化設(shè)計，節(jié)省工程造價的目的。
沿集水槽長度方向( 水 力及彎矩，為拉彎構(gòu)件，承臺梁的大彎矩為平向)，暗框架柱類似于集水槽壁板的支座，集3077 kN · m，大軸向拉力為1258 kN。對于集水槽樁基而言，三維有限元仿真計算，能準(zhǔn)確計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。
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(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計；能準(zhǔn)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(jìn)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。
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：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(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，同時忽略了暗框架與集水槽壁板作為一個整體，共同承受內(nèi)水壓力。
集水槽有限元分析時分三種工況設(shè)計: 工況1 ：集水槽修建完成后，未投入運(yùn)行，僅受風(fēng)荷載。 工況2：集水槽修建完成后，投入正常運(yùn)行，不受風(fēng)荷載。 工況3：集水槽修建完成后，投入正常運(yùn)行，受風(fēng)荷載。 內(nèi)力分析中，取以上3 種工況中不利組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。
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