钢筋混凝土深梁的特点及其分析方法设计

刘为俊

（贵州省建筑设计研究院有限责任公司， 贵州 贵阳 550081 ）

深梁是普通梁的一种特殊形式，在简支钢筋混凝土梁中，深梁要求跨高比小于2，为钢筋混凝土多跨连续梁时，跨高比应小于2.5。深梁的破坏模式是弯曲、剪切、弯曲和剪切，但局部压力和锚固损伤比一般梁更严重[1]。由于深梁结构较大的尺寸和复杂的内力，在计算分析和设计方法上仍存在一些尚未完全理解和有效使用的问题。深入研究和应用这些问题具有实际的工程和经济意义[2]。

1 国内外现状

20世纪70年代和80年代以来，中国学者就开始研究“深梁”。经过多年的总结，钱国良等人编写了《钢筋混凝土深梁设计规范》[3]。在多年的实验基础上，郑州大学土木工程研究所刘立新教授发表了关于深梁相关成果的论文[4]。在深梁试验研究的基础上，深梁设计部分首先纳入我国混凝土规范GBJ10-89混凝土结构设计规范（旧规范）。

2 深梁的基本特性和破坏形态

钢筋混凝土深梁的整个工作过程可分为开裂前的弹性阶段，开裂后的弹塑性阶段，塑性阶段和破坏阶段，与一般钢筋混凝土梁相似。深梁应力是平面应力问题，其截面应变不符合平面截面假设。因此，外加载下深梁的力学模型和破坏模式与普通梁有很大不同[5]。

根据浅梁的破坏模式，深梁的剪切破坏可分为剪切破坏和斜向压缩破坏，前者是由混凝土劈裂破坏引起的，后者是由混凝土破碎引起的;如果拉伸纵筋的屈服和拱腹的破坏同时发生，则是弯曲剪切破坏;局部压缩失效是由支撑附近的混凝土引起的。部分破碎造成整个结构的破坏。

2.1 弯曲破坏

当纵向拉伸钢筋的配筋率低于某一极限值时，即P ＜Pb（Pb是弯曲和剪切的极限比）。由于配筋率低，中跨的竖向裂缝发展成临界裂缝，使得拉伸钢筋达到屈服强度，导致正常截面弯曲破坏。若配筋率稍高，则在跨度中间垂直裂纹缓慢发展，弯曲剪切段的拉伸边缘处的裂缝向上发展成斜裂纹，这使得纵向拉伸钢筋的应力接近支撑迅速增加，并且趋向于与跨度中间的应力一致。此时，单跨深梁的应力状态逐渐转变为拉杆拱，而连续梁的应力状态则为多跨拱。当倾斜裂缝不足时，纵向钢筋达到屈服强度，导致斜截面弯曲失效。当简支梁弯曲时，深梁的挠度小于1/600。由于钢筋的加固，极限载荷约为屈服总量的110%～130%。

2.2 剪切破坏

当纵向拉伸钢筋的配筋率高于极限值，即P＞ Pb时，随着荷载的增加，跨度中间的垂直裂缝发展缓慢或基本稳定。但是在支撑件附近的梁腹板的下部，存在较长的倾斜裂缝，其向上和向下延伸。随着斜裂缝的发展，深梁转变为张力拱。如果拉杆没有屈服并且拱肋（梁腹板的斜向压缩区域）被压碎，则混凝土将是斜压破坏;如果没有腹板加固的深梁会发生劈裂失效或斜拉失效，则斜拉失效的剪切强度较低。如果正交腹板加强网布置在梁的侧面上，但是在两个网眼之间没有张力，则在压缩下沿着混凝土的厚度方向的变形不受限制，并且可以在倾斜压力下发生横向分裂。

2.3 弯剪破坏

当斜截面弯曲破坏的承载力接近斜压破坏时，称为弯曲剪切破坏，即弯曲破坏与剪切破坏之间的边界条件。

2.4 局部受压或锚固破坏

在达到弯曲和剪切能力之前，深梁的局部破碎失效大于浅梁的局部破碎失效。这是由于支撑表面上的局部应力较大以及深梁支承的加载点。如果支撑垫的面积很小，则在这些部件中会发生局部压缩失效。另外，当倾斜裂纹发展时，支撑附近纵向拉伸钢筋的应力迅速增大，中跨钢筋的屈服应力很快达到，因此很容易被拉出，发生锚固破坏。

3 深梁分析设计方法

3.1 深梁抗剪承载力计算方法

采用一般方法计算内力，可以设计简支钢筋混凝土单跨深梁，采用二维弹性分析计算内力，设计钢筋混凝土多跨连续深梁。 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）

均布荷载作用下

集中荷载作用下

3.2 影响抗剪强度的因素

（1）混凝土强度。当其他因素相同时，剪切强度随混凝土强度的增加而增大，且它们之间的关系是线性的。

（2）剪跨比（λ）。深梁剪切跨度比小，因此剪跨比对剪切强度有显着影响。试验和有限元分析表明，在集中荷载作用下形成倾斜裂缝后，受约束的深梁和倒弯曲的连续深梁转变为拱的应力状态。抗弯点部分的特性不再存在，剪切力通过拱肋（对角压力柱）到达轴承。

（3）负荷形式。在集中荷载作用下，深梁的倾斜裂缝出现在加载点和支撑线附近，倾斜裂缝大致平行于线。因此，可以假设应力模型是具有相等横截面的梯形拱。在均布荷载作用下，倾斜裂缝的发展趋势逐渐变化，应力模型可以假设为变截面拱。

（4）支持长度。支撑的长度影响拱肋的尺寸。深梁的抗剪强度随着l0 / h的增加而增加。

（5）腹部配筋率。通过适当的水平和竖直分布钢筋，可以改善剪切强度并防止劈裂破坏或拉索失效。

（6）纵向拉伸配筋的配筋率。纵向受拉钢筋的销栓作用对抗剪强度有一定的贡献。 由于深梁纵向受拉钢筋宜布置在梁高的一段范围，把它与水平腹筋合并考虑其对抗剪的作用，可简化计算。

3.3 深梁抗弯承载力的设计方法

目前钢筋混凝土深梁的配筋设计方法主要是基于试验的截面法和拉压杆模型方法，现行的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）所采用的深梁计算方法，是对浅梁公式做修正的近似方法[6]，将正截面的抗弯承载力通过大量试验结果确定内力臂和梁的跨度和截面高度的关系，抗弯配筋计算公式为:

4 结论

钢筋混凝土深梁有五种破坏模式：弯曲破坏，剪切破坏，弯曲和剪切破坏，局部压缩或锚固破坏。对于深梁的设计方法基于剪切承载力和弯曲承载力，影响抗剪刚度的主要因素有剪跨比，荷载形式，承载长度，腹板钢筋配筋率，混凝土强度等。参考文献

[1]许斌.冲击作用下钢筋混凝土深梁动力性能试验研究[J].振动与冲击.2015.34(4)：6-13.

[2]陈廷国，杨国贤.钢筋混凝土简支深梁破坏形态的试验研究[J].大连理工大学学报.1990.30(2)：185-192.

[3]仇一颗,刘霞.钢筋混凝土简支深梁压杆-拉杆模型试验对比分析[J].建筑结构.2012.42（1）：91-96.

[4]刘立新.钢筋混凝土深梁、短梁和浅梁受剪承载力的统一计算方法[J].建筑结构学报.1995.16(4）：13-21.

[5]徐方圆，徐栋.钢筋混凝土深梁和浅梁的统一非线性网格模型[J].同济大学学报.2014.42(7)：998-1005.

[6]肖才华.钢筋混凝土深梁结构设计计算方法的探讨[J].广东建材.2010.6：181-183.