第三章 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
钢筋混凝土受弯构件的基本形式是板和梁，它们是组成工程结构的基本构件，在桥梁工程中应用很广。例如：人行道板、行车道板、小跨径板梁桥，T形梁桥的主梁、横隔梁以及墩柱式墩(台)中的盖梁等都属于受弯构件。
由材料力学分析得知，在外力作用下，受弯构件将承受弯矩M和剪力V的作用。因此，设计受弯构件时，一般应满足下列两方面的要求：
(1)由于弯矩M的作用，构件可能沿某个正截面发生破坏，故需进行正截面承载力计算； (2)由于弯矩M和剪力V的共同作用，构件可能沿某个斜截面发生破坏，故还需进行斜截面承载力计算。
本章主要讨论正截面承载力计算问题。
§3-1 钢筋混凝土受弯构件构造要点 (一) 钢筋混凝土板的构造 小跨径钢筋混凝土板，一般为实心矩形截面；跨径较大时，为减轻自重和节省混凝土常做成空心板。 hh受拉钢筋b受拉钢筋b受拉钢筋bh a) 整体式板 b) 装配式实心板 c) 装配式空心板 图3.1-1 钢筋混凝土板梁的截面形式 钢筋混凝土板的厚度系根据跨径内最大弯矩和构造要求确定。为了保证施工质量，对板的最小厚度加以控制：行车道板的跨间厚度不应小于120mm，悬臂端厚度不应小于100mm；人行道板的厚度，就地浇筑的混凝土板不应小于80mm，预制的混凝土板不应小于60mm；空心板梁的底板和顶板厚度，均不应小于80mm。
板的钢筋由主钢筋(即受力钢筋)和分布钢筋组成(图3.1-2)。主钢筋布置在板的受拉区，行车道板内的主钢筋直径不应小于10mm，人行道板内的主钢筋直径不应小于8mm。板内主钢筋的间距应不大于200mm。分布钢筋垂直于主钢筋方向布置，在交叉处用铁丝绑扎或点焊，以固定相互位置。分布钢筋的作用是将荷载均匀分布到主钢筋上，同时还能防止因混凝土收缩和温度变化而出现的裂缝。分布钢筋应设在主钢筋的内侧，其直径不应小于8mm，间距不应大于200mm，其截面面积不宜小于板截面面积的0.1%。在所有主钢筋弯折处，均
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应设置分布钢筋。
受力钢筋分布钢筋l分布钢筋受力钢筋 图3.1-2 板的钢筋
为了防止钢筋外露锈蚀，钢筋边缘到构件边缘的混凝土保护层厚度，应符合《桥规JTG D62》规定的最小保护层厚度要求(见附表8)。
行车道板的主钢筋最小保护层厚度，Ⅰ类环境条件为30mm，Ⅱ类环境条件为40mm，Ⅲ、Ⅳ类环境条件为45mm；分布钢筋的最小保护层厚度，Ⅰ类环境条件为15mm，Ⅱ类环境条件为20mm，Ⅲ、Ⅳ类环境条件为25mm；
在桥梁结构中，行车道板通常是与支承梁浇筑成一个整体。
单边固接的板称为悬臂板，主钢筋应布置在截面的上部。周边支承的板，视其长短边的比例，可分为两种情况： 受力钢筋分布钢筋受力钢筋受力钢筋受力钢筋l2l1l2 / l1<2l1l2l2 / l1≥2 （a） （b） 图3.1-3 周边支承板的配筋
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当长边与短边之比大于或等于2时，弯矩主要沿短边方向分配，长边方向受力很小，其受力情况与两边支承板基本相同，故称单向板。在单向板中，主钢筋沿短边方向布置，在长边方向只布置分布钢筋〔图3.1-3(a)〕。
当长边与短边之比小于2时，两个方向同时承受弯矩，故称双向板。在双向板中，两个方向均需设置受力主钢筋〔3.1-3(b)〕。
(二) 钢筋混凝土梁的构造
小跨径钢筋混凝土梁一般采用矩形截面；当跨径较大时，采用T形、工形和箱形截面(图3.1-4)。考虑到施工制模的方便，截面尺寸应模数化。矩形梁的截面宽度，一般取150、180、 200、220、250mm，以后按50mm为一级增加。当梁高超过800mm时，以100mm为一级。矩形梁的高宽比一般为2.5～3。T形截面梁的高度与梁的跨度、间距及荷载大小有关。公路桥梁中大量采用的T形简支梁桥，其梁高与跨径之比约为1/10～1/20。T形梁的上翼缘尺寸，应根据行车道板的受力和构造要求确定。T形梁的腹板(梁肋)宽度与配筋形式有关：当采用焊接骨架配筋时，腹板宽度不应小于140mm，一般取160～220mm；当采用单根钢筋配筋时，腹板宽度较大，具体尺寸应根据布置钢筋的要求确定。 hh受拉钢筋受拉钢筋受拉钢筋h a) b) c) 图3.1-4 钢筋混凝土梁的截面形式 图3.1-5 钢筋混凝土简支梁的钢筋骨架 梁内的钢筋骨架由纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋、架立钢筋和水平纵向钢筋构成(图3.1-5)。 (1) 纵向受力钢筋 布置在梁受拉区的纵向受拉钢筋，是梁的主要受力钢筋，一般又称为主筋。当梁的高度受限制时，亦可在受压区布置纵向受压钢筋，用以协助混凝土承担压力。纵向受力钢筋的直径一般为14～32mm，同一梁内宜采用相同直径的钢筋，以简化施工。有时为了节省钢筋，也可采用两种直径，但直径相差应不小于2mm，以便于辨认。
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梁内的纵向受力钢筋可以采用单根钢筋，也可采用束筋，还可采用竖向不留空隙的焊接钢筋骨架。采用单根配筋时，钢筋层数不宜多于三层，上、下层钢筋的排列应注意对齐，以便于混凝土的浇筑；采用束筋时，组成束筋的单根钢筋直径不应大于28mm，根数不应多于三根，当其直径大于28mm时应为两根；采用焊接钢筋骨架时，焊接骨架的钢筋层数不应多于六层，单根钢筋直径不应大于32mm。纵向钢筋与弯起钢筋之间的焊缝，宜采用双面焊缝，其长度为5d，纵向钢筋之间的短焊缝，其长度为2.5d，此处d为纵向钢筋的直径(图3.1-6)。
为了防护钢筋免于锈蚀，主钢筋至构件边缘的净距，应符合《桥规JTG D62》规定的钢筋最小混凝土保护厚度要求(见附表8)。主钢筋的最小混凝土保护层厚度，Ⅰ类环境条件为30mm，Ⅱ类环境条件为40mm，Ⅲ、Ⅳ类环境条件为45mm。
为了便于浇筑混凝土，使振捣器能顺利插入，保证混凝土质量和增加混凝土与钢筋之间的粘着力，梁内主钢筋间或层与层间应有一定的距离。各主钢筋间横向净距和层与层之间的竖向净距，当钢筋为三层及以下时，不应小于30mm，并不小于钢筋直径；当钢筋为三层以上时，不应小于40mm，并不小于钢筋直径的1.25倍。对于束筋，此处采用等代直径(de?nd，其中n为组成束筋的钢筋根数，d为单根钢筋直径)。 5d5d弯起钢筋5d架立钢筋5d斜筋5d斜筋5d纵向钢筋5d5d2.5d2.5d2.5d 图3.1-6 焊接钢筋骨架示意图 架立筋箍筋 ≥15mm(≥20mm)水平纵向钢筋箍筋≥15mm(>20mm)≥40mm≥1.25d主钢筋 >30mm(>40mm)(>50mm)净距Sn主钢筋Sn净距Sn≥30mm≥d(三层及三层以下)≥40mm(三层以上)≥1.25d>20mm(>25mm)(>30mm)>30mm(>40mm)(>50mm) 图3.1-7 梁主钢筋净距和混凝土保护层 - 58 - (2) 弯起钢筋 弯起钢筋大多由纵向受力钢筋弯起而成，主要用以承担主拉应力，并增加钢筋骨架的稳定性。当将多余的纵向钢筋全部弯起仍不能满足受力和构造要求时，可以采用专设的斜短钢筋焊接，但不得采用不与主钢筋焊接的浮筋。弯起钢筋与梁的纵轴线宜成45°角，在特殊情况下，可取不小于30°或不大于60°角弯起。弯起钢筋以圆弧弯折，圆弧直径不宜小于20倍钢筋直径。 (3) 箍筋 箍筋除了承受主拉应力外，在构造上还起固定纵向钢筋位置的作用。因此，无论计算上是否需要，梁内均应设置箍筋。梁内采用的箍筋形式如图3.1-8所示。 a)双肢、开口式 b)双肢、封闭式 c)四肢、封闭式 图3.1-8 箍筋的形式 梁内只配置纵向受拉钢筋时，可采用开口箍筋；梁内除纵向受拉钢筋外，还配有纵向受压钢筋的双筋截面或同时承受弯矩和扭矩作用的梁，应采用封闭式箍筋。 箍筋直径应不小于8mm或主钢筋直径的1/4。固定受拉钢筋的箍筋的间距不应大于梁高的1/2和不大于400mm；固定受压钢筋的箍筋，其间距还不应大于受压钢筋直径的15倍，且不应大于400mm。 (4) 架立钢筋 架立钢筋根据构造要求设置，其作用是架立箍筋、固定箍筋位置，把钢筋绑扎(或焊接)成骨架。架立钢筋的直径一般取10～14mm。采用焊接骨架时，为保证骨架具有一定的刚度，架立钢筋的直径应适当加大。 (5) 水平纵向钢筋 T形截面梁及箱形截面的腹板两侧应设置水平纵向钢筋，以防止因混凝土收缩及温度变化而产生的裂缝。水平纵向钢筋的直径为6～8mm，每个腹板内水平纵向钢筋截面面积为(0.0010～0.0020)bh，此处b为腹板厚度，h为梁的高度。水平纵向钢筋的间距，在受拉区应不大于腹板厚度，且不大于200mm；在受压区应不大于300mm；在支点附近剪力较大区段，水平纵向钢筋截面面积应予增加，其间距宜为100~150mm。 以上五种钢筋通过绑扎或焊接构成梁的钢筋骨架。 §3-2 钢筋混凝土梁正截面破坏状态分析 - 59 -