矩形沉井计算(参考)

矩形沉井计算

★工程概况

工程名称：东门水厂管道改造工程。根据使用要求,沉井平面设计为矩形,平面尺寸为6m×4m，高度为16m。沉井采用三次制作，第一节制作高度为6m，第二节制作高度为5m。★土层参数(层编号由地面向下)土层编号层厚摩阻力极限承载力内摩擦角容重备注3hi(m)fki(kpa)σbi(kpa)φ(度)γ(kN/m)1素填土2.0010.00150.008.6018.002粉粘土16.0010.00200.0015.4018.50加权摩阻力fki*hifka(kpa)10.00∑fki*hi20.00160.000.000.00180.00∑hi18.00★沉井参数(节段编号由地面向上)节段编号1(底节 )高度hi(m)净长L(m)净宽B(m)壁厚t(m)入水高(m)Gik(kN)浮力Ffw.k基底浮力Fbfw.k6.006.004.000.503.001650660105025.006.004.000.500.0013750035.006.004.000.500.00137500000∑Gik∑Ffw.k∑Fbfw.k44006601050★沉井下沉系数计算节段编号高度hi(m)外周长(m)摩阻力Ffki 备注1(底节 )6.0024.001440.00采用泥浆2.005.0024.00600.00套下沉3.005.0024.00600.000.00∑Ffk(kN)20.00下沉系数kst=(∑Gik-∑Ffw.k)/∑Ffk＝

下沉系数满足要求。kst=1.42≥应进行下沉稳定计算1.42≥

1.20

1.05

摩阻力分布★沉井下沉稳定计算

基底极限承载力(kpa)：σbi=150.00基底反力(kN)：Rb＝2945.24稳定系数kst,s＝(∑Gik-∑Ffw.k)/(∑Ffk+Rb)＝

稳定系数满足要求。

0.67≤0.90

.

★沉井抗浮计算

抗浮系数kst=(∑Gik+Gd)/∑Fbfw.k

26.00底板面积(m2):A=

地板厚度(m):t=0.65底板重力(kN):Gd=422.50沉井重力∑Gik＝4400.00基底浮力∑Fbfw.k＝1050.00

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kst=

4.59≥

抗浮系数满足要求。

1.00

★沉井施工阶段井壁竖向抗拉计算

本工程地基为均匀软土地基，沉井下沉系数较大,可不进行竖向拉断计算。配筋按构造配筋即可配12mm@100mm

沉井结构强度计算

★沉井定位支撑条件下的井壁计算◆内力计算沉井净长l＝6.50(m)沉井净宽b=4.00(m)井壁厚度t＝0.50(m)节段高度h=6.00(m)支撑布置如右图，计算得到效应为：跨中最大弯矩Mo=支座弯矩Ms＝

支撑简图26.25(kN.m)-198.83 (kN.m)

◆配筋计算

按深梁进行配筋（参照《混凝土结构设计规范》GB20010-2002）深梁计算跨度lo＝0.7*lo=4.90(m)深梁高h=6.00(m)lo/h=0.82≤2.50按深梁计算截面b＝t＝0.50(m)砼等级----C25ho＝0.9h=砼抗压强度设计值fc＝5.40(m)11.90(MPa)跨中最大组合弯矩Mo=31.50(kN.m)内力臂z＝(0.8+0.04*lo/h)(ho-0.5x)=配筋 As＝M/fy/z＝35.71（mm2）取HRB400直径20.00mm支座组合弯矩Ms＝-238.60 (kN.m)内力臂z＝(0.8+0.04*lo/h)(ho-0.5x)=配筋 As＝M/fy/z＝270.52（mm2）取HRB400直径16.00mm

受压区x＝1.08(x<0.2ho时，取0.2ho）

(lo2.00根

1.00受压区x＝1.08(x<0.2ho时，取0.2ho）

2.94(m)(lo2.00根

由于剪力和扭矩均较小，垂直钢筋按其他工况配置。

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★刃脚的计算

◆ 1、刃脚根部竖向向外弯曲内力计算(首节井段开始下沉时，仅计入土压力)刃脚斜面与水平面的夹角(度)：θ=60.00刃脚高度(m)：h1＝0.70≤1.00取h1＝0.70刃脚斜面与土的外摩角(度)：βo=20.00井壁厚度t＝0.50取开始下沉时入土深度(m)：hs＝h1＝0.70刃脚 a=0.20沉井每沿米总量Rj＝gs＝90.00(kN/m)刃脚 b=0.30刃脚内侧水平推力之和

Pl=Rjhs*tan(θ-βo)/(hs+2atanθ)=37.95(kN/m)刃脚地面地基反力的合力偏心矩：

dl＝(h1/2/tanθ)-hs(3a+2b)/(6hs+12atanθ)=0.10(m)刃脚根部向外的弯矩标准值：Ml1＝Pl(h1-hs/3)+Rjdl=30.39(kN.m)

刃脚竖向向外挠曲◆ 2、刃脚根部竖向向内弯曲内力计算(下沉至设计标高时,计入水、土压力)刃脚高度(m)：h1＝0.70

18.20沉井水位距离刃脚距离土摩擦角（度）：ϕ＝9.60

土有效容重(kN/m3)：γ'＝13.00入土深度(m)：H1＝H2＝10.4012.10主动土压系数：μ＝主动土压力(kpa)：e1＝水压力(kpa)：ew1＝刃脚底顶力(kN):e顶1＝

0.48

e2＝75.39

ew1＝96.00

14.27刃脚根顶力(kN):e顶2＝

刃脚竖向向内挠曲.80163.206.94

刃脚根部的竖向弯矩标准值

Ml2＝(2*（e1+ew1+e顶1）1+(e2+ew2+e顶2）)h12/6=

49.51(kN.m)

◆ 3、配筋计算(按承载能力计算），钢筋为HRB400钢筋内、外侧垂直钢筋：直径12.00@100.00(mm)截面抗力: MR=167 KN-m >= Mj=1.2*49.51=59.4 KN-m裂缝宽度=0.10mm<0.2mm

★井壁按矩形框架计算◆ 1、荷载分布计算●土压力计算

土摩擦角（度）：ϕb＝

土有效容重(kN/m3)：γ'＝

入土深度(m)：H＝沉井水位距离刃脚距离主动土压系数：μb＝土压力(kpa)：e土max＝水压力(kpa)：e水max＝

18.2013.0012.1010.600.4875.39106.00

●顶管等效荷载及其土抗力力计算沉井截面净宽(m):b=沉井截面净长(m):l=沉井壁厚t＝刃脚斜面高度＝

刃脚根部与底板的距离＝底板厚度＝

顶力距离底板距离＝顶管力(kN):Pt=

顶力距离刃脚底部hf＝

4.006.400.500.700.150.651.501500

3.00

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侧部的中心距离lo＝4.60等效荷载分布高度b'=hf＜b/2

b'/2+hf=等效荷载高度(m):b=

顶力等效荷载(kpa):qt＝

顶力产生的壁后土的抗力(kpa):qAmax=土抗力分布高度3hf＝

6.726.3652.3966.679.00

垂直分布侧向力分布水平分布计算简图◆ 2、取刃脚顶部0.9m(1.5倍壁厚处)框架计算点距离刃脚高度(m)=1.15截面高度(m):=0.90土压力(kn/m)：e土＝61.40水压力(kn/m)：e水＝85.05顶力等效荷载(kn/m):qt＝-47.15 顶力产生的壁后土的抗力(kn/m):qA=52.33lo＝bo=截面高＝截面宽＝7.004.600.600.90用有限元程序，计算得到各节点效应为：(框架外受拉为负，框架内受拉为正)(顶力等效荷载和其产生的土抗力同时作用。)结构效应（弯矩单位为Kn.m，轴力为Kn)作用荷载MAMBMC土压力-43.6-192.2183.6水压力-60.4-266.22.3等效荷载-74.539.614.6壁后土抗力82.7-44.0-16.2配筋内力-125.4-609.4574.1裂缝内力-95.8-462.8436.3配筋结果25@100裂缝宽度mm0.281◆ 3、取顶节(第二节)底部0.9m框架计算计算点距离刃脚高度(m)=5.65截面高度(m):=0.90土压力(kn/m)：e土＝36.17水压力(kn/m)：e水＝44.55顶力等效荷载(kn/m):qt＝-47.15 顶力产生的壁后土的抗力(kn/m):qA=22.33

lo＝

bo=

截面高＝截面宽＝6.904.500.500.90

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用有限元程序，计算得到各节点效应为：(框架外受拉为负，框架内受拉为正)(顶力等效荷载和其产生的土抗力同时作用。)作用荷载结构效应（弯矩单位为Kn.m，轴力为Kn)MAMBMC土压力-25.7-113.2108.1水压力-31.6-139.4133.2等效荷载-74.539.614.6壁后土抗力35.3-18.8-6.9配筋组合内力-130.0-301.9327.0裂缝验算内力-96.5-231.8249.0配筋结果裂缝宽度mmMD-113.2-139.4-10.44.9-338.7-258.122@1000.237★矩形底板在均布荷载作用下的弯矩计算(按简支计算）底板长(m):l=6.50底板宽(m):b=4.00地板厚度(m):t=0.65底板重力(kN):G=422.50沉井重力(kN):Gk＝4400.00施工荷载(kpa)：qs＝5.00向上反力q＝(G+Gk)/(A底板)+qs＝190.48(kpa)板顶l向最大弯矩(kN.m)：

Ml＝

板顶b向最大弯矩(kN.m)：

Mb＝

配筋计算，钢筋为HRB400钢筋顶层l向筋，直径14.00@顶层b向筋，直径18.00@底层筋按构造配置，直径14.00@

底板计算简图-130.80 (kN.m/m)-245.00 (kN.m/m)100.00(mm)

100.00(mm)100.00(mm)

裂缝宽度裂缝宽度0.19<0.3mm0.23<0.3mm

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