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沁河倒虹吸预应力混凝土结构剖析 　　收稿日期：2008-06-13修回日期：2008-07-03 　　项目来源：郑州大学委托科研试验项目 　　作者简介：唐献富（1965-），男,河南叶县人,高级工程师，长期从事水利工程设计工作。 　　 　　摘要：采用三维有限元分析计算方法，分析得出倒虹吸预应力混凝土结构在正常使用极限状态各工况下的混凝土应力分布状态。根据有限元计算结果进行配筋设计。分析了本工程预应力结构在减少工程量、解决温度裂缝问题和提高了结构对地基适应能力等方面的优越性。 　　关键词：倒虹吸；预应力混凝土结构；三维有限元分 　　中图分类号：TV332;TV68文献标识码：B 文章编号：1672-1683（2008）04-0034-02 　　 　　Internal Force Analysis and Reinforcing of Qin River Inverted-Siphon Prestressed Concrete Structure 　　TANG Xian-fu 　　(Henan Water Power Consulting Engineering Co.,Ltd,Zhengzhou 450008, China) 　　Abstract:Stress distribution of inverted-siphon prestressed concrete structure in several conditions of limit use of normal state is analyzed by 3-D finite element analysis method. Reinforcing design is done according to finite analysis result. 　　Key words: inverted-siphon；prestressed concrete structure; 3-D finite element analysis 　　 　　1 引言 　　 　　南水北调中线工程总干渠穿沁河倒虹吸工程，位于河南省温县徐堡镇北、博温公路沁河大桥下游约300 m处，是黄河北―漳河南段规模较大的交叉建筑物之一。沁河倒虹吸主要由进口渐变段、进口检修闸、管身段、出口控制闸、出口渐变段组成，建筑物总长度1 212 m，其中管身水平投影长度1 015 m，进口闸室及连接段长75 m，出口闸及连接段长122 m。根据调整后的引水规模，沁河倒虹吸采用3孔一联，过水断面尺寸为高×宽=6.9 m×6.9 m。预应力混凝土结构方案初步选定结构尺寸为顶板1.1 m，底板1.2 m，侧墙1.1 m，中墙0.8 m。混凝土强度等级采用C40。南水北调工程总干渠沁河倒虹吸过水流量大，规模居于世界前列。对沁河倒虹吸预应力混凝土结构进行应力计算分析是非常必要的。 　　本文采用三维有限元分析计算方法，分析得出倒虹吸预应力混凝土结构在正常使用极限状态各工况下的混凝土应力分布状态。参考有限元计算结果进行配筋设计。通过对沁河倒虹吸预应力混凝土结构进行内力计算分析，保证结构设计技术先进、安全可靠、经济合理，使倒虹吸设计达到一流水平。 　　 　　2 基本计算资料 　　 　　2.1 建筑物级别 　　本倒虹吸管建筑物级别为I级，结构安全等级为I级。 　　2.2 基本资料 　　渠道设计水位107.567 m，校核水位108.185 m。河道枯水位113.12 m，设计水位（100年一遇洪水位）113.88 m，校核水位（300年一遇洪水位）114.58 m。河道无水期，地下水位110.00 m。 　　采用3孔一联预应力混凝土结构，每节长度15.0 m，过水断面尺寸为高×宽=6.9 m×6.9 m，管底内表面高程为86.00 m，管顶内表面高程92.90 m，截面尺寸见图1。 　　倒虹吸管顶部及两侧回填土层的主要物理力学指标见表1。 　　倒虹吸底板坐落于粉质黏土层上，该层压缩系数0.3，压缩模量30 MPa，内摩擦角?Е摘?=18°，内聚力??c??=22 kPa，泊松比?Е酞?=0.25。 　　表1 倒虹吸管顶部及两侧回填土层物理力学指标 　　回填土高程 　　/m回填土名称湿容重 　　/（kN?m??-3）饱和容重 　　/（kN?m??-3）内摩擦角φ 　　（°）108.00~96.50细砂17.020.02896.50~86.60粉质壤土19.521.02886.60~83.90中砂19.921.0302.3 混凝土材料性能 　　倒虹吸管身混凝土等级C40，混凝土抗渗等级为W6。混凝土轴心抗压强度标准值??f?И?ck=27.0 MPa、设计值??f?И?