鋼筋混凝土深梁的特點及其分析方法設計

劉為俊

（貴州省建筑設計研究院有限責任公司， 貴州 貴陽 550081 ）

深梁是普通梁的一種特殊形式，在簡支鋼筋混凝土梁中，深梁要求跨高比小于2，為鋼筋混凝土多跨連續梁時，跨高比應小于2.5。深梁的破壞模式是彎曲、剪切、彎曲和剪切，但局部壓力和錨固損傷比一般梁更嚴重[1]。由于深梁結構較大的尺寸和復雜的內力，在計算分析和設計方法上仍存在一些尚未完全理解和有效使用的問題。深入研究和應用這些問題具有實際的工程和經濟意義[2]。

1 國內外現狀

20世紀70年代和80年代以來，中國學者就開始研究“深梁”。經過多年的總結，錢國良等人編寫了《鋼筋混凝土深梁設計規范》[3]。在多年的實驗基礎上，鄭州大學土木工程研究所劉立新教授發表了關于深梁相關成果的論文[4]。在深梁試驗研究的基礎上，深梁設計部分首先納入我國混凝土規范GBJ10-89混凝土結構設計規范（舊規范）。

2 深梁的基本特性和破壞形態

鋼筋混凝土深梁的整個工作過程可分為開裂前的彈性階段，開裂后的彈塑性階段，塑性階段和破壞階段，與一般鋼筋混凝土梁相似。深梁應力是平面應力問題，其截面應變不符合平面截面假設。因此，外加載下深梁的力學模型和破壞模式與普通梁有很大不同[5]。

根據淺梁的破壞模式，深梁的剪切破壞可分為剪切破壞和斜向壓縮破壞，前者是由混凝土劈裂破壞引起的，后者是由混凝土破碎引起的;如果拉伸縱筋的屈服和拱腹的破壞同時發生，則是彎曲剪切破壞;局部壓縮失效是由支撐附近的混凝土引起的。部分破碎造成整個結構的破壞。

2.1 彎曲破壞

當縱向拉伸鋼筋的配筋率低于某一極限值時，即P ＜Pb（Pb是彎曲和剪切的極限比）。由于配筋率低，中跨的豎向裂縫發展成臨界裂縫，使得拉伸鋼筋達到屈服強度，導致正常截面彎曲破壞。若配筋率稍高，則在跨度中間垂直裂紋緩慢發展，彎曲剪切段的拉伸邊緣處的裂縫向上發展成斜裂紋，這使得縱向拉伸鋼筋的應力接近支撐迅速增加，并且趨向于與跨度中間的應力一致。此時，單跨深梁的應力狀態逐漸轉變為拉桿拱，而連續梁的應力狀態則為多跨拱。當傾斜裂縫不足時，縱向鋼筋達到屈服強度，導致斜截面彎曲失效。當簡支梁彎曲時，深梁的撓度小于1/600。由于鋼筋的加固，極限載荷約為屈服總量的110%～130%。

2.2 剪切破壞

當縱向拉伸鋼筋的配筋率高于極限值，即P＞ Pb時，隨著荷載的增加，跨度中間的垂直裂縫發展緩慢或基本穩定。但是在支撐件附近的梁腹板的下部，存在較長的傾斜裂縫，其向上和向下延伸。隨著斜裂縫的發展，深梁轉變為張力拱。如果拉桿沒有屈服并且拱肋（梁腹板的斜向壓縮區域）被壓碎，則混凝土將是斜壓破壞;如果沒有腹板加固的深梁會發生劈裂失效或斜拉失效，則斜拉失效的剪切強度較低。如果正交腹板加強網布置在梁的側面上，但是在兩個網眼之間沒有張力，則在壓縮下沿著混凝土的厚度方向的變形不受限制，并且可以在傾斜壓力下發生橫向分裂。

2.3 彎剪破壞

當斜截面彎曲破壞的承載力接近斜壓破壞時，稱為彎曲剪切破壞，即彎曲破壞與剪切破壞之間的邊界條件。

2.4 局部受壓或錨固破壞

在達到彎曲和剪切能力之前，深梁的局部破碎失效大于淺梁的局部破碎失效。這是由于支撐表面上的局部應力較大以及深梁支承的加載點。如果支撐墊的面積很小，則在這些部件中會發生局部壓縮失效。另外，當傾斜裂紋發展時，支撐附近縱向拉伸鋼筋的應力迅速增大，中跨鋼筋的屈服應力很快達到，因此很容易被拉出，發生錨固破壞。

3 深梁分析設計方法

3.1 深梁抗剪承載力計算方法

采用一般方法計算內力，可以設計簡支鋼筋混凝土單跨深梁，采用二維彈性分析計算內力，設計鋼筋混凝土多跨連續深梁。 混凝土結構設計規范（GB50010-2010）

均布荷載作用下

集中荷載作用下

3.2 影響抗剪強度的因素

（1）混凝土強度。當其他因素相同時，剪切強度隨混凝土強度的增加而增大，且它們之間的關系是線性的。

（2）剪跨比（λ）。深梁剪切跨度比小，因此剪跨比對剪切強度有顯著影響。試驗和有限元分析表明，在集中荷載作用下形成傾斜裂縫后，受約束的深梁和倒彎曲的連續深梁轉變為拱的應力狀態。抗彎點部分的特性不再存在，剪切力通過拱肋（對角壓力柱）到達軸承。

（3）負荷形式。在集中荷載作用下，深梁的傾斜裂縫出現在加載點和支撐線附近，傾斜裂縫大致平行于線。因此，可以假設應力模型是具有相等橫截面的梯形拱。在均布荷載作用下，傾斜裂縫的發展趨勢逐漸變化，應力模型可以假設為變截面拱。

（4）支持長度。支撐的長度影響拱肋的尺寸。深梁的抗剪強度隨著l0 / h的增加而增加。

（5）腹部配筋率。通過適當的水平和豎直分布鋼筋，可以改善剪切強度并防止劈裂破壞或拉索失效。

（6）縱向拉伸配筋的配筋率。縱向受拉鋼筋的銷栓作用對抗剪強度有一定的貢獻。 由于深梁縱向受拉鋼筋宜布置在梁高的一段范圍，把它與水平腹筋合并考慮其對抗剪的作用，可簡化計算。

3.3 深梁抗彎承載力的設計方法

目前鋼筋混凝土深梁的配筋設計方法主要是基于試驗的截面法和拉壓桿模型方法，現行的《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）所采用的深梁計算方法，是對淺梁公式做修正的近似方法[6]，將正截面的抗彎承載力通過大量試驗結果確定內力臂和梁的跨度和截面高度的關系，抗彎配筋計算公式為:

4 結論

鋼筋混凝土深梁有五種破壞模式：彎曲破壞，剪切破壞，彎曲和剪切破壞，局部壓縮或錨固破壞。對于深梁的設計方法基于剪切承載力和彎曲承載力，影響抗剪剛度的主要因素有剪跨比，荷載形式，承載長度，腹板鋼筋配筋率，混凝土強度等。參考文獻

[1]許斌.沖擊作用下鋼筋混凝土深梁動力性能試驗研究[J].振動與沖擊.2015.34(4)：6-13.

[2]陳廷國，楊國賢.鋼筋混凝土簡支深梁破壞形態的試驗研究[J].大連理工大學學報.1990.30(2)：185-192.

[3]仇一顆,劉霞.鋼筋混凝土簡支深梁壓桿-拉桿模型試驗對比分析[J].建筑結構.2012.42（1）：91-96.

[4]劉立新.鋼筋混凝土深梁、短梁和淺梁受剪承載力的統一計算方法[J].建筑結構學報.1995.16(4）：13-21.

[5]徐方圓，徐棟.鋼筋混凝土深梁和淺梁的統一非線性網格模型[J].同濟大學學報.2014.42(7)：998-1005.

[6]肖才華.鋼筋混凝土深梁結構設計計算方法的探討[J].廣東建材.2010.6：181-183.