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第二章受弯构件强度计算
受弯构件是指以承受弯矩和剪力为主的构件。
钢筋混凝土梁和板主要承受弯矩和剪力,是中小桥梁中应用广泛的受弯构件。
在弯矩作用下,构件可能出现正截面破坏。在弯矩和剪力的共同作用下,构件可能出现斜截面破坏。另外,构件的挠度和裂缝宽度可能超过规定值。防止以上情况出现的主要手段之一就是进行设计计算。钢筋混凝土构件的设计计算主要包括以下内容。
1,正截面强度计算;
2,斜截面强度计算;
3,变形验算;
4,裂缝宽度验算。
对某些特定的结构或构件,还应根据具体要求分别进行抗裂计算、稳定计算及其他必需的计算。
第一节受弯构件的截面形式与构造
截面型式和尺寸
矩形、T形和箱形截面是中小桥梁钢筋混凝土受弯构件常用的截面形式(图2-1)。
桥梁钢筋混凝土构件可以采用现浇或预制制作。现浇是指在构件设计位置现场制模、绑扎钢筋和浇注混凝土,预制是指在专门的工场预先浇制构件,待构件具有一定强度后运至现场进行安装。为了减轻构件自重,构件截面常采用空心、T型(箱型截面可视为相连的T形截面)型式。
图2-1 常用截面形式
在设计构件时首先需要确定构件的尺寸,构件的截面尺寸主要与自身的稳定和构件的跨度有关:
1,现浇矩形截面梁的宽度b常取用120、150、180、200、220和250mm,其后按50mm一级增加(当梁高不大于800mm时)或100mm增加(当梁高大于800mm时)。
矩形截面的高宽比h/~,截面高度与跨度之比(高跨比)宜为1/8~1/12。
2,预制的T形截面梁,其高跨比一般为h/L=1/11~1/16,跨径L较大时取偏小比值。梁肋宽度b常取为150~180mm,根据梁内主筋布置及抗剪要求而定。
,梁肋处翼缘厚度不宜小于梁高的1/12。
受弯构件的钢筋构造
如果只在钢筋混凝土梁(板)受拉区布置钢筋的,则称为单筋截面,在受拉区和受压区都布置受力钢筋的称为双筋截面。
截面上钢筋的多少是一个非常重要的指标,通常用受拉钢筋的配筋率来表示:
(2-1)
式中: As—界面中纵向受拉钢筋全部截面积;
b —矩形截面宽度或T形截面腹板宽度;
h0 —截面的有效高度(图2-2),h0=h-as, h为截面高度,as为纵向受拉钢筋全部截面的重心到受拉边沿的距离。
图2-2中的c是混凝土保护层厚度,它是最外层受力钢筋外表面到混凝土最近表面的净距离。规范对各种结构和构件在不同条件下的保护层厚度都作了明确的规定,在设计和施工中都应予确保。保护层厚度与构件的耐久性和裂缝开展宽度及变形密
图2-2 截面配筋率ρ的计算图式切相关。一般来说,混凝土保护层愈厚,构件的耐久性愈好,但是,受力钢筋的有效力臂将减少,导致钢筋用量增多,将来我们会知道,保护层愈厚,裂缝宽度和变形也会愈大,所以,按照规范设计和施工,确保合适的保护层厚度应成为工程师的常识。
1. 板的钢筋
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按照浇注方法,桥梁上的板可以分为预制板和现浇板;按照板的受力特性,可以分为单向板和双向板;只有两边支承的板都是单向板;四边支承的板,如果长边跨度l2与短边跨度l1之比大于或等于2时,长边弯矩较小,经分析可以忽略不计,也称为单向板,当l2/l1<2时则称为双向板。
板内受力钢筋的直径不宜小于10mm(行车道板)或8mm(人行道板),其数量由计算决定,在施工中要特别注意受力钢筋布置方向应与计算跨度一致。
如果是现浇板,近梁肋处板内受力钢筋可按300或450弯起以承受支座处的负弯矩,但不弯起的受力钢筋在每米板宽内不少于3根,并不少于受力钢筋面积的1/4。
在板的跨中和连续板的支点处,板内受力钢筋间距不大于200mm.
板的受力钢筋保护层厚度c不应小于20mm(图2-4);若设置上下层钢筋时,保护层厚度不得小于15mm。
为了将板面上的荷载更加均匀地传布给受力钢筋、抵抗温度和混凝土收缩产生的应力和固定受力钢筋的位置,应在垂直于受力钢筋方向布置分布钢筋。分布钢筋是一种构造钢筋,其数量不需要计算,只要按照规范规定的数量适当布置即可,%。分布钢筋放置在受力钢筋的内侧(靠近中性轴一侧),其直径不小于8mm(行车道板)或6mm(人行道板),其间距不大于250mm,在受力钢筋的拐点均应布置分布钢筋。





图2-4 单向板内的钢筋
图2-3
2. 梁的钢筋
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梁内的钢筋种类有:受力钢筋,弯起钢筋或斜钢筋,箍筋,架立钢筋和水平纵向构造钢筋。