济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司
摘要：本文通过对设计的污水倒虹吸进行验算分析，确保结构满足规范要求，使用安全。
关键词：污水倒虹吸 抗浮 承载能力极限状态 正常使用极限状态
1 引言
污水管道跨越河道时需设置污水倒虹吸井进行转设过渡，污水倒虹吸结构受地下水浮力、土侧压力及本身结构重力等，在设计时需满足抗浮、承载能力极限状态及正常使用极限状态下要求，根据计算结果进行配筋设计，确保结构安全。
2 工程概况
污水倒虹吸井井内长5.5米，井内宽5.5米，壁厚0.5米，底板厚0.7米。
图1 污水倒虹吸井立面图
3、抗浮验算
因排水施工，只需验算使用阶段抗浮。井壁自重2335.33 KN，底板自重510.13 KN，封底混凝土自重680.23 KN，使用期间沉井总重3525.68 KN，水浮托力标准值2780.05 KN，抗浮系数Kfw=1.27﹥1.05，满足抗浮要求。
4、封底验算
因采用排水下沉，采用干封底，无需进行封底计算。
5、井壁竖向弯曲计算（采用四个支点）
单位周长井壁自重标准值g= 102.700 （KN/m)
单位周长井壁自重设计值gs=123.240 （KN/m)
5.1井壁内力
支座划分计算跨径a=4.55（m）
跨中最大弯矩Mo=106.307（KN-m）
支座弯矩Ms=-212.615 （KN-m）
最大扭矩Tmax=433.908 （KN-m）
最大剪力Vmax=140.186 （KN）
5.2井壁配筋计算
梁计算跨度Lo=4.55 （m）
梁类型判别为深梁
深梁内力臂Z=2.730 （m）
6、井壁环向计算
6.1取根部以上1.5倍井壁厚度一段进行环向计算
计算高度hcal=0.9（m）
计算跨径La=6.000 m
（1）按承载能力极限状态进行计算
井壁水平向水土压力设计值P1=110.46 （KN/m）
底部范围内传来的水土荷载设计值P2=57.73 (KN/m）
因αf>1,水平框架的水平荷载不做修正
井壁总水平向水土压力P=168.20 （KN/m）
L、B向刚度比K=1.017
L向跨中弯矩=235.547
B向跨中弯矩=260.567
L向支座弯矩=-496.324
B向支座弯矩=-496.324
L向轴力=491.979
B向轴力=491.979
最大剪力=491.979
（2）根部以上1.5倍井壁厚度一段进行强度配筋计算
①L向支座处
受拉钢筋至截面边缘α=50（mm）
构件端截面偏心调整系数Cm=1.000
计算高度ho=550（mm）
截面曲率修正系数ζc=1.000
计算宽度b=900（mm）
计算跨度Lo=5900 （mm）
相对界限受压区高度ξb=0.518
弯矩增大系数ηns=1.04
轴压偏心距eo=1049 （mm）
计算参数Lo/h=9.8
附加偏心距ea=20（mm）
回转半径i=173.21（mm）
总偏心距ei=1069 （mm）
考虑二阶效应的弯矩设计值=-516.059
（KN-m）
正截面混凝土极限压应变εcu=0.0033
轴力至受压钢筋合力点距离e'=819(mm)
砼受压区高度x=38 （mm）
轴力至受拉钢筋合力点距离e=1319 (mm)
偏压种类判别为大偏压
②大偏压构件计算
计算配筋=2487 （mm^2)
一侧最小配筋率=0.2（%）
一侧纵筋面积=990（mm^2)
全部最小配筋率=0.6（%）
全部纵筋面积=2970（mm2)
单侧钢筋面积As=A's=2487 （mm2)
全部钢筋面积As=A's=4974（mm2)
（3）按正常使用极限状态进行计算
井壁水平向水土压力准永久值P1=80.73 （KN/m）
底板范围内传来的水土荷载P2=42.32（KN/m）
因αf>1,水平框架的水平荷载不做修正
井壁总水平向水土压力P=123.05（KN/m））
L、B向刚度比i=1.017
L向跨中弯矩=172.322（KN-m）
B向跨中弯矩=190.626
L向支座弯矩=-363.103（KN-m）
B向支座弯矩=-363.103（KN-m）
L向轴力=359.924 （KN）
B向轴力=359.924 （KN）
（4）裂缝验算（第一截面）
砼有效受拉面积Ate=270000（mm2）
构件特征系数αcr=1.9
配筋率ρte=0.03
拉筋边缘至受拉区底边距离cs=40mm
偏心距eo=1009 （mm）
重心至纵筋距离ys=250 （mm）
截面曲率修正系数ζc=1.000
偏心距增大系数ηs=1.000
轴力至拉筋作用点的距离e=1258.8 （mm）
拉筋至受压区合力点距离z=465.9 （mm）
拉筋的应力δsk（N/mm^2)=161.2（N/mm2)
拉筋应变不均匀系数ψ=0.83
最大裂缝宽度ωmax=0.171(mm)
最大裂缝容许宽度ωlim=0.2(mm)
裂缝宽度满足规范要求。
7、结语
本文通过对污水倒虹吸结构的承载能力极限状态及正常使用极限状态下的计算，满足规范要求，为污水倒虹吸结构安全提供理论依据。
参考文献：
【1】 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）[S].北京：人民交通出版社.2018.
【2】 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）[S]. 北京：人民交通出版社.2007.
【3】 《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）[S].北京：中国建筑工业出版社.2018
论文作者:高娟
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/12/3
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