摘 要

钢筋混凝土深受弯构件现在已得到越来越广泛的应用。其结构形式在许多方面都有应用。虽然至今已有多个国家的学者对其进行了研究，但由于钢筋混凝土深受弯构件受力机理复杂，有较多的影响因素，同时现行规范多是半经验半理论公式，现有的经典理论不再试用。因此有必要对钢筋混凝土深受弯构件的受力性能进行进一步的研究。

本文将结合相关规范和有限元软件综合地对钢筋混凝土深梁的极限承载能力进行分析以及对主要影响因素的探讨。先分析了钢筋混凝土深梁的破坏特征，然后分别利用现行规范的公式法以及美国规范的拉压杆模型算出构件内力并比较结果。运用OpenSees软件对实例进行建模，钢筋混凝土深梁的极限承载能力的主要影响因素包括混凝土强度、剪跨比、纵筋率和配箍率，然后运用控制变量法对各影响因素逐个分析并对比影响程度，与公式法所得结果进行对比，分析结果的差异，得出结论。

关键词：钢筋混凝土深梁，极限承载力，影响因素，OpenSees

Abstract

Reinforced concrete deep bending members are now more and more widely used. Its structural form has application in many aspects. Although scholars in many countries have studied it, but because of the complex force mechanism of reinforced concrete deep-bending members, there are many influencing factors, while the current norms are mostly semi-empirical and semi-theoretical formulas, the existing classic The theory is no longer trial. Therefore, it is necessary to further study the mechanical behavior of reinforced concrete deep-bending members.

This article will combine the relevant specifications and finite element software to comprehensively analyze the ultimate bearing capacity of reinforced concrete deep beams and discuss the main influencing factors. Firstly, the failure characteristics of reinforced concrete deep beams are analyzed. Then, the internal forces of the components are calculated and the results are compared by using the formula of the current specification and the tensile bar model of the United States standard. Using OpenSees software to model the examples, the main influencing factors of the ultimate bearing capacity of reinforced concrete deep beams include concrete strength, shear-span ratio, longitudinal reinforcement ratio and stirrup ratio. Then the control variables were used to analyze and compare each influencing factor one by one. The degree of influence was compared with the results obtained by the formula method, the differences in the results were analyzed, and conclusions were drawn.

Key words：Reinforced concrete deep beam， ultimate bearing capacity， influencing factors， OpenSees

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的和意义 1

1.3国内外研究现状 2

1.4本文主要研究内容 2

1.5 本文技术方案 3

第2章 钢筋混凝土深梁的破坏形式 4

2.1深梁结构的受力特点 4

2.2钢筋混凝土简支深梁的破坏形式 4

2.2.1弯曲破坏 4

2.2.2弯剪破坏 5

2.2.3斜压破坏 5

2.2.4局压破坏 6

2.2.5支座锚固破坏 6

2.2.6间接加载破坏 6

2.3破坏特征的影响因素 7

2.4本章小结 7

第3章 国内外规范对实例的计算分析 8

3.1设计实例 8

3.1.1技术标准 10

3.2国内外规范对比 10

3.3拉压杆模型 10

3.3.1拉压杆模型简介 10

3.3.2 拉压杆模型计算实例 11

3.4我国规范中深梁的设计 14

3.4.1正截面受弯承载力 14

3.4.2深梁的受剪截面控制条件 16

3.4.3斜截面受剪承载力 17

3.4.4承台梁内力 17

3.4.5极限承载力计算 18

3.5 本章小结 19

第四章 基于OpenSees的有限元模型建立 20

4.1 OpenSees简介 20

4.2本例所采用的单元力学模型 20

4.2.1 纤维模型 20

4.2.2 材料的本构关系 20

4.3建立模型 22

4.3.1单元、结点及约束的划分与建立 22

4.3.2建立纤维截面及坐标转换 23

4.3.3 定义材料 25

4.3.4施加荷载 25

4.3.5结果的输出与力控制 25

4.4本章小结 26

第5章 钢筋混凝土深梁极限承载力影响因素分析 27

5.1混凝土强度的影响 27

5.1.1 模拟构件参数的设计 27

5.1.2 结果分析 27

5.2纵筋率的影响 28

5.2.1 模拟构件参数的设计 28

5.2.2 结果分析 29

5.3配箍率的影响 30

5.3.1 模拟构件参数的设计 30

5.3.2 结果分析 30

5.4剪跨比的影响 30

5.4.1 模拟构件参数的设计 30

5.4.2 结果分析 32

5.5小结 32

第6章 结论与展望 33

6.1主要研究内容和结论 33

6.2展望 33

主要参考文献 35

附录：OpenSees模型命令流 36

致谢 47

第1章 绪论

1.1研究背景

随着人类文明的进步，混凝土结构在工程中的应用越来越广泛，同钢材、木材、石材等材料结构相比，钢筋混凝土结构具有组成材料资源丰富、经济指标高、整体性好、可模性好、耐久性好等优点。同时随着现代科学技术的发展，国内外各种建筑结构形式发展迅速，现代建筑建的越来越高大，体型日益复杂、功能日益多样性，目的在于提高人们的工作条件和生活环境。

由于近代建筑使用功能扩大，所受荷载成倍增加，因此作为主要承重和受弯构件的梁高度不断增大， 当梁构件长度和高度之比减小达到一定界限，就形成高度较大的深受弯构件。现阶段深受弯构件由于其巨大的承载能力而得到越来越广泛的应用。其结构形式不仅在建筑工程中应用，而且在水工、港工、铁路、公路、市政等其他土木工程范围内也被普遍采用；具体如高层建筑的转换层梁、双支柱的肩梁、框支剪力墙的底层大梁、地下室墙壁和墙式基础梁、各类储仓或水池的侧壁等都属于深受弯构件的范畴。特别是，在城市桥梁建设中，立交桥梁跨越现有地下结构（地铁、地下通道等）变成很常见的一种工程情况，因此梁式承台应运而生，它是传统承台结构的一种变形。为跨越地下工程的需要，承台在某一方向的桩基间距远大于常规桩基间距，成为类似于短梁的一种结构体系。梁式承台结构的使用，不仅具有传统承台支撑上部结构的作用，同时承台自身也具有一定的跨越能力，部分的替代了承台顶面以上城市立交桥结构的跨径能力，大大减小了地下工程对城市立交桥跨径布置的影响，将城市立交桥与地下工程交叉建设的问题转化成梁式承台与地下工程的交叉建设问题，课题研究具有重要的实践价值。

从概念上讲，钢筋混凝土深受弯构件系指跨度与其高度之比较小的梁。按我国新规范^[1]规定l0/h≤5的受弯构件属于深受弯构件，此处l0为梁的计算跨度。深受弯构件因其跨度和高度相近，在荷载作用下同时兼有受压、受弯和受剪状态，受力特性与一般梁(浅梁)又显著不同。大量实验结果证明，钢筋混凝土深受弯构件开裂后的受力特性、工作性能、破坏形式等与浅梁有明显差别。因此不应该采用经典的力学方法设计钢筋混凝土深受弯构件。

1.2研究目的和意义

目前，大多数国家还是采用在大量实验基础上得出的经验公式，但这些公式的合理性以及适用性一直受到质疑，有待商榷。钢筋混凝土深梁由于跨高比较小，在外力作用下，其受力特征、力学性能、工作特性等与浅梁有较大差别，传统的弯曲、剪切理论对深梁的设计不再适用，各国的经验公式或者规范对钢筋混凝土深梁的计算结果偏于保守，经济性较差。因此结合相关规范和有限元软件综合地对钢筋混凝土深梁的极限承载能力进行分析以及对主要影响因素的探讨仍具有一定的现实意义和经济意义和现实意义。

1.3国内外研究现状

由于钢筋混凝土深受弯构件的抗剪机理复杂，影响因素较多，抗剪理论至今仍不完善，现行规范多是半理论半经验或经验公式，尚无清晰的抗剪模型，且适用性较差，因此大多数学者对深梁的抗剪机理进行了研究。

国外对钢筋混凝土深受弯构件的研究开始的较早，已有较多的研究理论以及试验结果。其中，Wael Kassem等^[2]为估算钢筋混凝土深梁的抗剪能力，所提出的模型是基于固定角软化桁架模型，并采用了新的公式来计算作用在梁腹板上的有效横向压应力。Liu J.， Mihaylov B.I.等人^[3]总结了来自73个出版物的深梁模型，并着重于通过使用574个深梁测试数据库对10个最新模型进行的详细评估。研究发现，深梁的半经验支柱与平面模型（STM）和双参数运动学理论（2PKT）产生最少的散射预测。Michelini E.，Bernardi P.，Cerioni R. ^[4]采用不同数值方法对钢筋混凝土梁受剪承载力的失效分析。

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