倒虹吸結構計算成果
① 經水力計算，初步擬定倒虹吸孔口尺寸，經結構計算確定倒虹吸斷面結構尺寸，見圖1。
圖1② 內力計算及配筋成果按偏心受壓構件進行配筋計算，成果見表1-1、表1-2。
表1-1 渠底段配筋成果表
表1-2 渠堤段配筋成果表
根據設計大綱要求，對倒虹吸進行結構計算，優化管身結構斷面尺寸，使得在工程安全的前提下盡可能節省投資。本計算書對此進行說明。
2.2.1 設計依據檔案
（1） 《南水北調中線一期工程總幹渠初步設計左岸排水建築物技術規範》
2.2.2 主要設計規範
（1） 《水工建築物荷載設計規範》dl 5077-1997
（2） 《水工混凝土結構設計規範》sdj20-78
（3） 《水工建築物抗震設計規範》sl203-97
（4） 《水閘設計規範》sl265-2001
（5） 《水利水電地質勘察規範》gb50287-99
2.2.3 參考設計大綱
（1） 《南水北調中線一期工程總幹渠初步設計河道倒虹吸技術規定》
洞身按1級建築物考慮。倒虹吸洪水標準按50年一遇設計，200年一遇校核。**設防烈度為7度。
荷載計算按照《建築荷載設計規範》確定，並以折線形式給出。
內力計算將管身結構視作彈性地基上的框架結構利用sap84結構分析通用程式進行計算。
根據算出的內力按照《水工混凝土結構設計規範（試行）》（sdj20-78）進行配筋計算。
分別選取渠底下水平管段單位長度管身和渠堤下最大填土處斜管段單位長度管身進行結構計算。
1)結構自重
根據單位結構體積乘以混凝土容重算得。
2)水重
由於管內水重在計算管內水壓力時已經考慮到水壓力中，因此管內水重不單獨計算，只考慮總幹渠水重荷載。總幹渠水重荷載根據設計水深和加大水深乘以水容重得到。
3)土壓力
包括垂直土壓力和側向土壓力。
①垂直土壓力按填埋式計算。根據管頂填土高度乘以回填土的容重再乘以1.3的係數計算得到。
此1.3根據不同土質及建築物相對地基面的突出比確定，認為倒虹吸突出比為1，則只與土質有關，而倒虹吸地基挖深較大，地基土為中等密實的粘土，據所得的沉陷比為0.3左右，查圖得到的係數為1.
3，因此乘1.3的係數。
②側向土壓力按靜止土壓力計算，公式如下：
a、靜止土壓力合力計算式為：
式中: h──擋土牆結構高度（m）；
γt──擋土牆牆後的填土重度（kn/m3），地下水位以下取浮重度；
k0──靜止土壓力係數，；
其中──填土的土壤內摩擦角。
b、填土深度h處的土壓力為：
4)水壓力
①管內水壓力根據上下游設計、校核水位對選取斷面的綜合作用水頭乘以水的容重確定。
②當地下水水位高於管底時，河道不發生洪水時的外水壓力根據地下水水位對選取斷面的作用水頭乘以水的容重確定；河道發生洪水時的外水壓力根據上下游設計、校核水位對選取斷面的綜合作用水頭乘以水的容重確定。
地下水水位低於管底，河道發生洪水時的外水壓力根據上下游設計、校核水位對選取斷面的綜合作用水頭乘以水的容重確定。
5)揚壓力
當地下水水位高於管底時，河道不發生洪水時的外水壓力根據地下水水位對選取斷面的作用水頭乘以水的容重確定；河道發生洪水時的外水壓力根據上下游設計、校核水位對選取斷面的綜合作用水頭乘以水的容重確定。
地下水水位低於管底時，河道發生洪水時的外水壓力根據上下游設計、校核水位對選取斷面的綜合作用水頭乘以水的容重確定。
6)地面荷載
主要為總幹渠渠頂的車輛荷載，等級按汽-20。按單車行駛考慮。
當覆土深度h≥時，作用於管頂的壓力強度qb按下式計算：
式中 p——每乙個車輪的壓力，(kn)；
c——汽車後輪胎在行車方向的著地長度，c=0.2m；
d——汽車後輪胎寬度。
7)**荷載
依據《水工建築物抗震設計規範》，按動土壓力施加。
本建築物抗震設防烈度為7度。動土壓力計算見《水工建築物抗震設計規範》。
**主動動土壓力代表值
式中：ｆｅ——**主動動土壓力代表值；
土表面單位長度的荷重；
擋土牆面與垂直面夾角；
土表面和水平面夾角；
ｈ——土的高度；
γ——土的重度的標準值；
φ——土的內摩擦角；
**係數角；
δ——擋土牆面與土之間的摩擦角；
ζ——計算係數，動力法計算**作用效應時取1.0，擬靜力法計算**作用效應時一般取0.25，對鋼筋混凝土結構取0.35。
8)溫度荷載
考慮由於洞內外溫差引起的混凝土應力的影響。對於涵洞由於夏季了冬季洞內外溫差的方向不同，對彎矩產生的作用也不同，因此在考慮溫度荷載時，將夏季和冬季作為兩種工況來處理。在sap84程式中施加溫度荷載的方式為輸入軸向溫度和溫差，溫度荷載的數值表示也與此相同，為軸向溫度和溫差值，鑑於sap84程式說明中建議軸向溫度為零度，所以這裡不再考慮。
溫差值根據經驗確定。最終確定溫度荷載為夏季溫差為5℃；冬季平溫差為7℃。
各倒虹吸的荷載計算見表3.1-1。
sap84程式內力計算採用理論為有限單元法，倒虹吸管身結構計算是將其作為彈性地基上的框架結構處理的。
根據建築物的設計尺寸和初擬斷面尺寸建立計算模型並約束好，再將計算出的各種荷載加到建好的模型上並做好荷載組合。在此基礎上利用sap84程式計算出結構的內力。下面主要說一下約束的施加和荷載組合的處理。
①自由度約束
首先要說明的是，倒虹吸管身結構模型是建立在yz平面內的，z軸向上為正，y軸向右為正。根據sap84程式的規定，yz平面內的框架的所有節點的x向的平動自由度和z、y向的轉動自由度均應被約束。在實際操作中可只約束所有節點的x向的平動自由度和z向的轉動自由度，結果與結束x向的平動自由度和z、y向的轉動自由度均應被約束相同。
由於將倒虹吸管身結構作為彈性地基上的框架結構進行計算，地基用彈性鏈杆模擬，當結構在豎向有位移時，地基就會對結構產生乙個反力，使結構不致在豎向失穩。整個結構在豎向是自由活動的，因此對z向的平動自由度不進行約束。
倒虹吸管身側向的荷載是對稱的，認為管身不發生側向的位移，因此將結構的y向的平動自由度約束住。在實際操作中只將左下角的節點的y向的平動自由度約束住。
②荷載組合
在內力計算中分冬季、夏季考慮了8種工況。各工況的荷載組合見表3.2-1。
③地基彈簧的計算
將涵洞管身每孔底板均分為20段，這樣每孔底板的節點就會增加9個。再將地基的彈性模量均分為20份並分配到各個節點上。相對整個結構來說底板的最左乙個節點和最右乙個節點的彈簧剛度等於1/20地基彈性模量的1/2，中間節點的彈簧剛度等於1/20地基彈性模量。
建模的結果見下圖。
倒虹吸管身段簡化模型圖
④剛域計算
剛域計算長度按《高層建築混凝土結構技術規程》(jgj3-2002)中的規定計算，公式如下，計算結果見下表：
， ，剛域計算表
根據計算出的結構內力按照《水工混凝土結構設計規範》（sdj20-78）偏心受壓構件進行配筋計算。
倒虹吸所處環境為二類環境，保護層厚度取40mm，最小配筋率ρ取0.2﹪。管身混凝土強度等級按c25計算，允許最大裂縫寬度為0.25mm。鋼筋為ⅱ級。
具體計算過程見表下表：
水力計算時初步擬定的斷面尺寸、壁厚等，經結構計算驗證合理。
1 成果彙總表 1
2總說明 2
2.1目的與要求 2
2.2設計依據 2
2.3 基本資料 2
2.4計算方法 2
2.5計算方案 3
3 計算過程 3
3.1荷載計算 3
3. 2內力計算 6
3. 3配筋及限裂計算 8
4成果分析 9
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