以重慶地區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。
出水堰槽的設置方式及位置在現行設計水力負荷和停留時間下是影響出水水質的一個主要因素 , 上述試驗數據雖然進一步驗證了由污水處理廠運行維護與管理等相關文章提出的圓形中心進水二沉池出水水質位置不在靠近池壁處這一現象 ,但理論上還沒有較全面的解釋和分析 ,仍然有深入研究的必要。
在工程應用中 ,為確保沉淀效果和出水水質 ,設計除依照規范盡可能減少堰上負荷外 ,還避免堰的設置位置不當對出水帶來的影響 ,應避免采用外置單側堰方式出水; 二沉池出水設計為內置雙側堰出水時 ,也宜設計離池壁 2~ 3 m處。 另外二沉池出水堰槽設計平衡孔時 ,也應在設計中選擇適當的計算方法確定 ,使二沉池出水槽和溢流堰處在合理的運行狀態。
對于集水槽的樁基布置,傳統的豎向荷載平均法計算出的樁數偏多,不易準確計算出樁承受的水平力。由集水槽結構形式及受力特點分析可以看出,集水槽各部分構件之間是相互協同作用,共同承受集水槽內水壓力及其他荷載。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構整體受力的特性,滿足結構優化設計的目的,集水槽的結構設計有必要采用三維有限元整體分析計算。
水槽壁板的水平與豎向彎矩圖類似于連續梁,但與連續梁彎矩不同之處在于,集水槽壁板同時受拉力,且集水槽水平向的拉力遠大于豎向所受拉力。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,集水槽壁板應按拉彎構件進行配筋計算。
沿集水槽長度方向( 水 力及彎矩,為拉彎構件,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,能準確計算出每根樁的樁頂豎向力及水平力,進行樁基優化布置和選型設計。
隨著我國的經濟建設持續發展,對電力的需求不斷加大。國內火力發電廠百萬機組新建工程陸續增多,超大型自然通風冷卻塔逐漸受到火力發電相關人士的重視。根據國家節能減排、低碳經濟的要求,具有明顯節能、降噪優勢的高位水收水冷卻塔具有廣闊的應用前景,尤其是隨著高位收水冷卻塔逐步國產化后,其優勢更加明顯。
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。集水槽壁板內力分析取①、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) 處進行內力分析。集水槽壁板豎向、水平向均同時承受拉力和彎矩。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。
高位收水冷卻塔不同于常規濕冷塔之處主要在于取消了常規濕冷卻塔底部的集水池和雨區,而在填料層底部直接采用高位收水裝置。在正常運行情況下,其內全部盛滿循環冷卻水,其結構設計采用傳統的平面假定計算不能滿足集水槽結構設計安全經濟的要求。
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