劉為俊

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)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(xù)梁時(shí)，跨高比應(yīng)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(yán)重[1]。由于深梁結(jié)構(gòu)較大的尺寸和復(fù)雜的內(nèi)力，在計(jì)算分析和設(shè)計(jì)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(yīng)用這些問題具有實(shí)際的工程和經(jīng)濟(jì)意義[2]。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代和80年代以來，中國學(xué)者就開始研究“深梁”。經(jīng)過多年的總結(jié)，錢國良等人編寫了《鋼筋混凝土深梁設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]。在多年的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，鄭州大學(xué)土木工程研究所劉立新教授發(fā)表了關(guān)于深梁相關(guān)成果的論文[4]。在深梁試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，深梁設(shè)計(jì)部分首先納入我國混凝土規(guī)范GBJ10-89混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（舊規(guī)范）。

2 深梁的基本特性和破壞形態(tài)

鋼筋混凝土深梁的整個(gè)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(yīng)力是平面應(yīng)力問題，其截面應(yīng)變不符合平面截面假設(shè)。因此，外加載下深梁的力學(xué)模型和破壞模式與普通梁有很大不同[5]。

根據(jù)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(shí)發(fā)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(gè)結(jié)構(gòu)的破壞。

2.1 彎曲破壞

當(dāng)縱向拉伸鋼筋的配筋率低于某一極限值時(shí)，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(fā)展成臨界裂縫，使得拉伸鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，導(dǎo)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(fā)展，彎曲剪切段的拉伸邊緣處的裂縫向上發(fā)展成斜裂紋，這使得縱向拉伸鋼筋的應(yīng)力接近支撐迅速增加，并且趨向于與跨度中間的應(yīng)力一致。此時(shí)，單跨深梁的應(yīng)力狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓧U拱，而連續(xù)梁的應(yīng)力狀態(tài)則為多跨拱。當(dāng)傾斜裂縫不足時(shí)，縱向鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致斜截面彎曲失效。當(dāng)簡支梁彎曲時(shí)，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(dāng)縱向拉伸鋼筋的配筋率高于極限值，即P＞ Pb時(shí)，隨著荷載的增加，跨度中間的垂直裂縫發(fā)展緩慢或基本穩(wěn)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(fā)展，深梁轉(zhuǎn)變?yōu)閺埩?。如果拉桿沒有屈服并且拱肋（梁腹板的斜向壓縮區(qū)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(huì)發(fā)生劈裂失效或斜拉失效，則斜拉失效的剪切強(qiáng)度較低。如果正交腹板加強(qiáng)網(wǎng)布置在梁的側(cè)面上，但是在兩個(gè)網(wǎng)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(fā)生橫向分裂。

2.3 彎剪破壞

當(dāng)斜截面彎曲破壞的承載力接近斜壓破壞時(shí)，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(dá)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(yīng)力較大以及深梁支承的加載點(diǎn)。如果支撐墊的面積很小，則在這些部件中會(huì)發(fā)生局部壓縮失效。另外，當(dāng)傾斜裂紋發(fā)展時(shí)，支撐附近縱向拉伸鋼筋的應(yīng)力迅速增大，中跨鋼筋的屈服應(yīng)力很快達(dá)到，因此很容易被拉出，發(fā)生錨固破壞。

3 深梁分析設(shè)計(jì)方法

3.1 深梁抗剪承載力計(jì)算方法

采用一般方法計(jì)算內(nèi)力，可以設(shè)計(jì)簡支鋼筋混凝土單跨深梁，采用二維彈性分析計(jì)算內(nèi)力，設(shè)計(jì)鋼筋混凝土多跨連續(xù)深梁。 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2010）

均布荷載作用下

集中荷載作用下

3.2 影響抗剪強(qiáng)度的因素

（1）混凝土強(qiáng)度。當(dāng)其他因素相同時(shí)，剪切強(qiáng)度隨混凝土強(qiáng)度的增加而增大，且它們之間的關(guān)系是線性的。

（2）剪跨比（λ）。深梁剪切跨度比小，因此剪跨比對(duì)剪切強(qiáng)度有顯著影響。試驗(yàn)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(xù)深梁轉(zhuǎn)變?yōu)楣暗膽?yīng)力狀態(tài)?？箯濣c(diǎn)部分的特性不再存在，剪切力通過拱肋（對(duì)角壓力柱）到達(dá)軸承。

（3）負(fù)荷形式。在集中荷載作用下，深梁的傾斜裂縫出現(xiàn)在加載點(diǎn)和支撐線附近，傾斜裂縫大致平行于線。因此，可以假設(shè)應(yīng)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(fā)展趨勢逐漸變化，應(yīng)力模型可以假設(shè)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(qiáng)度隨著l0 / h的增加而增加。

（5）腹部配筋率。通過適當(dāng)?shù)乃胶拓Q直分布鋼筋，可以改善剪切強(qiáng)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(duì)抗剪強(qiáng)度有一定的貢獻(xiàn)。 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(duì)抗剪的作用，可簡化計(jì)算。

3.3 深梁抗彎承載力的設(shè)計(jì)方法

目前鋼筋混凝土深梁的配筋設(shè)計(jì)方法主要是基于試驗(yàn)的截面法和拉壓桿模型方法，現(xiàn)行的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）所采用的深梁計(jì)算方法，是對(duì)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(yàn)結(jié)果確定內(nèi)力臂和梁的跨度和截面高度的關(guān)系，抗彎配筋計(jì)算公式為:

4 結(jié)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(duì)于深梁的設(shè)計(jì)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(qiáng)度等。參考文獻(xiàn)

[1]許斌.沖擊作用下鋼筋混凝土深梁動(dòng)力性能試驗(yàn)研究[J].振動(dòng)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(tài)的試驗(yàn)研究[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào).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(yàn)對(duì)比分析[J].建筑結(jié)構(gòu).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(tǒng)一計(jì)算方法[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào).1995.16(4）：13-21.

[5]徐方圓，徐棟.鋼筋混凝土深梁和淺梁的統(tǒng)一非線性網(wǎng)格模型[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào).2014.42(7)：998-1005.

[6]肖才華.鋼筋混凝土深梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的探討[J].廣東建材.2010.6：181-183.