本文介绍了南水北调中线工程南沙河倒虹吸结构预应力混凝土技术、仿真模型试验技术成果，总结了采 用 平面 刚架有 限元 、平面应 变有 限元、三维 有限元等 方法综 合分析预应 力混凝土 倒虹吸 结构受力性 能的设计 成果 ， 为大型预 应力混凝 土倒 虹吸结构 设计提 供 了科学 依据 。 【关键词】 倒虹吸 预应力混凝土 仿真模型试验 有限元分析 设计 【DOI编 码 】 10．3969／j．issn．1672．2469．2014．12．006 【中图分类 号】 TV672．5 【文 献标识码 】 B 【文章编 号】 1672．2469(2014)12．0013．04 引 言南水北调 中线工程 总干渠南沙河倒虹 吸，位 于 沙 河 市西 北 高店 村 西 ，总 长 4335m，是河 北 省段规模 最大 的交叉建筑物 之一 。工程 由南汊倒 虹吸 、中间明渠和北汊倒虹吸三大部分 组成 ，其 中南 汊 倒虹 吸 长 1250m，中 间 明渠 长 2030m， 北汊倒虹 吸长 1055m。倒虹 吸管身为 3孔 一联 ， 初 步 设 计 确 定 的 单 孔 过 水 断 面 尺 寸 6．5×6．5m (高 × 宽 )，施工 图设计 阶段 根据 倒虹 吸水 力 学计算 ，调整为 6．6m×6．5m (高 × 宽 )。 根 据 工程 位 置 水文 地 质 条件 ，确 定 倒 虹吸 顶部 埋深 为 6．0m。经过 初 步计 算分 析 ，采 用普 通钢 筋 混凝 土 结构 时存 在 结构 混凝 土 壁 厚大 、 难 以同时满 足多种 工况下 混凝土 抗裂 设计要求 ， 不利 于 混凝 土抵 抗 工 程 区地表 水 的结 晶类硫 酸 盐型弱～强腐蚀 。因此 ，在 结构 设计计算分析与 仿真模 型试验验证基础 上 ，确定采用 高强低松弛 预 应 力钢 绞 线和 曲线 孔道 真 空辅 助灌 浆 后张 有 粘 结预 应力混凝土技术 。本文对该工程 的科研 及 设计成 果进行 了简要 总结 。 1 南沙 河倒 虹 吸预 应 力 混凝 土技 术 1．1 预应力混凝土技术体系及配筋 方式 通 过 综 合 分析 后 张有 粘 结和 无 粘 结预 应 力 混凝土技术 的优缺 点，考虑倒虹吸结构耐久和 防 腐蚀 的重要性 ，确定倒虹吸结构采用后张有粘结 预应力混凝土技术 。 (1)倒虹吸结构断面设计 倒虹吸的结构断面 的设计 按如 下步骤进 行： ①按 经 验尺 寸 范 围拟 定 截面 尺 寸 。对 于 顶 板厚度 ，可视倒虹 吸顶板 上部覆盖层 厚度和河道 水位情况 ，取其跨度的 1／5～ 1／10。对 于底板厚 度 ，可取项 板厚度 的 1．0～ 1．3倍 ；坐 落于压 缩 模量较 小的硬基时取较小值 ，坐落 于压 缩模 量较 大 的软基或 者不均匀地 基上时取较大值 。对 于边 竖墙 ，可取与项板相 同的厚度 。对 于中竖墙厚度 ， 可取边竖墙厚度 的 0．9～ 1．0倍 。 ②按照混凝土材料弹 性平面有限元方法 ，计 算各种正常使用工况下倒 虹吸结构的截面应力 。 ③ 将倒 虹 吸 结构 在 正 常使 用 工况 下 的顶 、 底板截面最大拉应力控制 在 3～ 4MPa范 围内， 竖墙截面最大拉应力控制在 4～ 5MPa范 围内， 即达到较优 的结构断面尺寸 。 (2)倒虹吸结构预应力钢筋 的配置 ① 对 于拟 定 的倒 虹 吸结构 断面 ，采 用有 限 元方法 ，计算 结构顶板 、底板和 竖墙 在各种正常 使用 工况下的应力 ，分别 绘制其受 拉区包络图和

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