《南水北调中线天津干线工程输水箱涵结构计算分析》

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1、万方数据2009．No．5海河水利·87·南水北调中线天津干线工程输水箱涵结构计算分析周景峰，刘扬，黄运玉(天津市水利勘测设计院，天津300204)摘要：箱涵结构计算旨在设计合理的箱涵结构断面尺寸和计算出结构更为可靠的混凝土含钢量，为南水北调中线一期工程天津干线进行投资概算提供更为合理的、准确的依据。关键词：箱涵结构；计算方法；结构断面；混凝土含钢量；南水北调；天津干线中图分类号：TV682．2文献标识码：B文章编号：1004-7328(2009)05-0087—03l概况天津干线是南水北调中线

2、一期工程的重要组成部分，是解决天津市水资源紧缺、保证国民经济可持续发展、提供可靠水资源保证的重要战略性工程。南水北调中线一期工程天津干线西起河北省徐水县西黑山村，东至天津市外环河西，全长155。305km。设计输水流量50m3／s，加大流量60m3／s。天津干线由西黑山进口闸至有压箱涵段．保定市1段，保定市2段，廊坊市段，天津市1段，天津市2段共6段组成。设计采用箱涵型式输水。是在总体设计方案和多种类型输水埋管综合比较的基础上确定的。根据箱涵结构受力特点、减少开挖深度、过水断面水力特性3种因素。

3、确定以方形作为设计断面．经水力计算确定箱涵无压和有压段的过水断面尺寸。过水断面结构尺寸又与经济性有关，限于篇幅只作简述。2计算目的和方法对箱涵结构计算的目的是设计合理的箱涵结构断面尺寸和计算出结构更为可靠的混凝土含钢量，为南水北调中线一期工程天津干线进行投资概算提供更为合理的、准确的依据。2．1计算方法的确定箱涵结构计算依据采用的规范主要是《水工钢筋混凝土结构设计规范(试行)》(SDJ20—1978)，按单一安全系数极限状态设计方法进行。天津干线输水箱涵为地下钢筋混凝土结构，有2孑L箱涵和3孔箱

4、涵两种。根据箱涵顶覆土厚度、顶板内水压与箱涵孔径的关系，初定该段输水箱涵为收稿日期：2009-06—05作者简介：周景峰(1979一)，男，助理工程师，主要从事水利工程设计工作。普通箱涵(每孔箱涵壁厚与净跨之比t／lo

5、模型．即地基反力为直线分布模型、文克尔模型和弹性半无限体地基模型，但3种地基模型各有优缺点。地基反力为直线分布模型：假设地基反力为直线分布，则地基反力的计算就变成了静定问题。可用静力平衡条件求出地基反力，进而可求地基梁的任何截面的弯矩与剪力，计算就大大简化，但该模型完全没有考虑地基的物理力学性质和梁的变形。不符合地基梁的实际情况。计算结果往往与实际情况有较大的差异。但由于这一模型的计算十分简便，在初步设计阶段或中小型工程中仍广泛应用。当基础梁的刚度较大时可采用。文克尔模型：该模型是用无限多个相互

6、独立的弹簧来模拟地基，考虑了地基反力的大小与地基的沉陷量成正比，该模型比地基反力为直线分布模型有所改进。地基沉陷只在梁的底面范围内发生．但实际上梁四周的地基也有沉陷；另外，弹性压缩系数K并不是常数，很难取得准确数值。因此．在一般情况下，不能很好地符合实际情况。当硬地层上有一层较薄的松软土层而地基梁放置在这松软土层上．文克尔假定是能符合实际情况的。弹性半无限体地基模型：该模型认为地基是均匀的、各向同性的弹性半无限体，可用弹性理论的方万方数据·88·周景峰，刘扬，黄运玉：南水北调中线天津干线工程输水

7、箱涵结构计算分析2009年10月法计算地基的沉陷量．以确定地基反力。采用这个假定，地基某点的沉陷量不仅与该点的压力有关，而且与其他点的压力也有关。这是与文克尔假定不同之处。同时。地基的性质用它的弹性模量(E0)和泊松比系数(№)来反映，而与受压面积和加力的大小无关，没有弹性压缩系数K所具有的缺点。这个假定比文克尔假定能够更好地反映出实际情况。该模型理论上比较进步，但计算繁杂。天津干线箱涵典型断面．通过3种不同计算理论和方法计算结果的对比分析．可以得出以下结论：①通过对输水箱涵典型断面用地基反力为

8、直线分布的计算模型与弹性地基梁法计算模型计算的内力值对比分析可知，除个别工况、个别部位相差较大外，大部分情况下两种方法的计算结果非常相近．虽然个别工况、个别部位内力值相差较大，但基本不影响箱涵的结构尺寸和配筋。说明采用假设地基反力为直线分布的计算模型是适合的。②对用地基反力为直线分布的计算模型计算确定的典型断面的结构尺寸和配筋。用三维非线性有限元法仿真计算，再对两断面进行验证计算，结果表明：在不同工况下的输水箱涵的壁厚和配筋是满足规范要求的。从而进一步表明采用地基反力为直线分布的计算模型是合理的