钢筋混凝土深梁计算与设计探讨

结合对混凝土结构设计规范的理解,分析了深梁的工作机理、破坏形态及配筋计算和构造方式,探讨了钢筋混凝土深梁的一些设计理论, 介绍了工程中常见的深梁的计算分析方法,并对有限元法做了一般论述,具有一定的参考价值。

钢筋混凝土深梁计算与设计探讨

夏亚伟

武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉（430070）

E-mail：

摘 要：结合对混凝土结构设计规范的理解,分析了深梁的工作机理、破坏形态及配筋计算和构造方式,探讨了钢筋混凝土深梁的一些设计理论, 介绍了工程中常见的深梁的计算分析方法，并对有限元法做了一般论述，具有一定的参考价值。

关键词：钢筋混凝土，深梁，设计，计算分析，有限元

1. 概述

钢筋混凝土深梁是用在桥梁工程和建筑结构中的主要承重构件之一，我国现行规范《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)规定：深梁是指跨高比l0 / h ≤ 2 的简支梁或跨高比 l0 / h ≤ 2.5 的连续梁。

匀质弹性材料的梁，当截面高度h与计算跨度l 较接近时，在竖向荷载作用下梁的应力分布与按一般浅梁弯曲理论得到的结果有明显的差别，而钢筋混凝土深梁则更因开裂后的应力重分布，使其工作特性、破坏特征和承载能力等都与钢筋混凝土浅深有较大的差别，这类梁不能按材料力学的方法进行分析。 [2][1]

2. 深梁的工作特性和破坏形态

深梁的尺寸比例与普通梁不同，在受力上有其自身的特点。深梁在加荷后的内力分布与普通梁有很大差别。

从加荷至出现裂缝之前，深梁处于弹性工作阶段，梁的变形及应力分布和弹性方法计算的结果基本相符。随着荷载的增加，深梁出现垂直裂缝和斜裂缝。梁内产生明显的应力重分布，形成以纵向受拉钢筋为拉杆、斜裂缝上部混凝土为拱腹的 “拉杆拱”受力体系。随着荷载进一步增加，最后深梁的破坏有以下几种形态：

1、正截面弯曲破坏

当跨中的纵向受拉钢筋首先达到屈服强度时，深梁即发生正截面弯曲破坏。破坏开始时深梁的挠度较小，但在弯坏的过程中却有较大的延性，当纵向受拉钢筋的配筋率ρ增加到某一程度时，此时的配筋率称为弯剪界限配筋率ρb，深梁的破坏形态将由弯曲破坏转化为剪切破坏。

2、剪切破坏

深梁剪切破坏形态有斜压破坏与劈裂破坏，配置适量腹筋的深梁均为斜压破坏，无腹筋深梁则容易发生劈裂破坏。

3、局部破坏

在深梁中，纵向受拉钢筋的锚固失效，以及支座的支承面积和集中荷载点等高应力区很容易发生局部压碎，其危险性都比浅梁要大些。 [2]

3. 深梁的规范公式计算[1]

因为深梁的尺寸和比例与普通梁不同,所以其性能与其说是一维构件,不如说是二维构件,且为双向受力。因此,受弯前为平面的截面,受弯后不再保持平面,应力分布也不再看作是线性的。

结合对混凝土结构设计规范的理解,分析了深梁的工作机理、破坏形态及配筋计算和构造方式,探讨了钢筋混凝土深梁的一些设计理论, 介绍了工程中常见的深梁的计算分析方法,并对有限元法做了一般论述,具有一定的参考价值。

试验表明:斜裂缝出现后,梁截面产生明显的内力重分布,形成纵向受拉钢筋为拉杆,斜裂缝上部混凝土为拱肋的拉杆拱受力体系。连续深梁的中支座上方,则出现倒置的拉杆拱。

3.1 深梁抗弯钢筋的计算

（1）深梁正截面受弯承载力计算公式

新《规范》规定钢筋砼深梁的正截面受弯承载力, M≤fyAsZ （3—1） 公式表示钢筋在砼中产生的抵抗弯矩能力应大于荷载作用产生的弯矩。公式付诸实用的关键就是如何确定内力臂Z。找出Z的准确实用的计算方式,此公式才能成立。

新《规范》规定深梁内力臂Z按下列公式取用:

1 对简支深梁和连续深梁的跨中截面Z=0.1(l0+5.5h)当l00<h时,取Z=0.65 l0; （3—2）

2 对连续深梁的支座截面Z=0.1((l0+5h)当l0<h时,取Z=0.6l0; （3—3）

(2) 内力臂Z的合理数值内力臂Z来源于试验成果,使深梁正截面配筋计算变得简单而实用。

为了简化抗弯钢筋的计算,欧洲混凝土协会(CEB)建议连续深梁的正、负弯矩都按普通梁计算:即支座和跨中弯矩分别为ql2/12和ql2/24而内力臂都按下式取值:

当I≤l0/h≤2.5时 Z=0.2(l0+1.5h) （3—4） 当l0/h<1时 Z=0.5l0 （ 3—5）

3.2 深梁弯起钢筋的设置

就《规范》关于深梁抗剪及抗裂给出了下列几个公式:

1、均布荷载作用下：

V≤0.7(8 l0/h)(l/h-2)Asv(5 l0/h)Aftbh0+0fyvh0+fyhshh033sh6sv （3—6）

(l/h-2)Asv(5 l0/h)A1.75ftbh0+0fyvh0+fyhshh0λ+13sh6sv （3—7）

Vs≤0.5ftkbh0 （3—8） 2、集中荷载作用下： V≤3、不出现裂缝的截面要求公式

4. 主要构造要求及配筋方式

1．截面尺寸应符合V≤0.15fcbh的要求。

2．为了避免深梁平面外失稳，截面宽度b不应小于140mm，高度比h/b不宜大于25。

3．纵向受拉钢筋宜采用较小直径的钢筋，跨中钢筋应均匀布置在梁下边缘以上0.2h范围内。

4．简支深梁底部的纵向受拉钢筋应全部伸入支座，并在水平方向弯折锚固，不得在跨中弯起和切断，其锚固长度应按基本锚固长度的数 …… 此处隐藏：2337字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……