以重慶地區(qū)某工程高位收水冷卻塔中央豎井左側集水槽進行有限元三維建模，進行有限元整體結構計算。集水槽底板、側壁采用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件。同時，在后處理時能提取集水槽側壁、底板、暗框架柱及梁的彎矩、剪力及軸力，方便直接用于結構設計，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。
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，應按拉彎構件進行結構設計；能準確計算出暗框架各構件所受的彎矩、拉力或壓力，對暗框架進行優(yōu)化設計，減少集水槽混凝土工程量，節(jié)省工程造價。
對于集水槽樁基而言，三維有限元仿真計算，能準確計算出每根樁的樁頂豎向力及水平力，進行樁基優(yōu)化布置和選型設計。
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,在實際的工程設計中,常見有3種布置形式: 內(nèi)置雙側堰式、內(nèi)置單側堰式、外置單側堰式 。內(nèi)置單側堰式、外置單側堰式均為單側堰進水,設計堰上負荷基本一致,從構造和水力條件來看,兩者沒有明顯的優(yōu)劣之分。內(nèi)置雙側堰式的集水槽因堰上負荷小、出水水質好而應用較多。 但在近的工程設計與應用中發(fā)現(xiàn)雙側堰進水集水槽主要存在2個現(xiàn)象:
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 ,集水槽應設平衡孔。 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。 為解決平衡孔開設影響三角堰均勻溢流出水的問題 ,結合泉州寶洲污水處理廠二沉池平衡孔的開設方式 ,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 ,成為導致沉淀后的出水大部分直接從底部平衡孔流出 ,設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均得到了較大的改善。
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