混凝土保護(hù)層開裂
關(guān)注創(chuàng)建者：倪佳程 創(chuàng)建時(shí)間：2019-11-18
混凝土保護(hù)層開裂的視頻教程
ABAQUS混凝土細(xì)觀案例分析-鋼筋膨脹致保護(hù)層脫落的三種仿真方法
首先可以了解混凝土細(xì)觀骨料的生成和嵌入算法，并掌握 POLARIS_MesoConcrete插件的使用方法；以及采用三種方法建立鋼筋膨脹致保護(hù)層脫落的有限元模型，讓大家掌握主要的仿真技巧，但部分過程需要通過前處理二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)，如骨料嵌入和cohesive單元嵌入；描述的三種方法分別是： 方法1：網(wǎng)格映射骨料+CDP模型 模型特征：網(wǎng)格無需重新劃分，在原有網(wǎng)格的基礎(chǔ)上，判斷網(wǎng)格位于骨料內(nèi)部、邊界
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擴(kuò)展有限元XFEM模擬混凝土I型開裂
本次課程詳細(xì)講解擴(kuò)展有限元模擬混凝土I型裂紋開裂，涉及2D、3D模型以及荷載-裂縫口張開位移（P-CMOD）曲線的對比，后期的數(shù)據(jù)處理需要用到Origin軟件，將文獻(xiàn)中的曲線效果、模型效果進(jìn)行比對。如下圖： 豎向位移云圖： 通過本次課程的學(xué)習(xí)，相信可以帶著大家進(jìn)入混凝土開裂的大門，另外向大家保證，課程絕對對得起這個(gè)課程！
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混凝土保護(hù)層開裂的實(shí)例教程
作者所建立的不同保護(hù)層厚度下鋼筋混凝土細(xì)觀數(shù)值模型如圖1所示，其中混凝土模型的截面尺寸為150mm×150mm，鋼筋直徑為16mm，骨料體積含量為46.5%，保護(hù)層厚度分別為20-40mm。
圖1 不同保護(hù)層厚度下的鋼筋混凝土細(xì)觀模型
不同保護(hù)層厚度下混凝土保護(hù)層的開裂模式如圖2所示，其中（a）~（d）為各細(xì)觀模型對應(yīng)的混凝土宏觀模型，可以看出宏觀和細(xì)觀模型的開裂形態(tài)差別很大，宏觀模型下保護(hù)層的銹脹裂縫（損傷）呈現(xiàn)出連續(xù)的區(qū)域性分布，而在細(xì)觀模型下由于骨料的阻礙作用和界面區(qū)的薄弱性，銹脹裂縫呈現(xiàn)分散的形態(tài)，而且分布裂縫長度也較宏觀模型要長。
圖2 混凝土保護(hù)層宏觀模型和細(xì)觀模型銹脹開裂形態(tài)對比
作者對每組保護(hù)層厚度的鋼筋混凝土試件建立了8個(gè)不同骨料分布的數(shù)值模型，計(jì)算所得鋼筋邊界銹脹力-徑向位移曲線如圖3所示，可以看出在同保護(hù)層厚度不同骨料分布下曲線存在差異，這表明骨料分布對保護(hù)層銹脹開裂力學(xué)反應(yīng)有影響。
圖3 各保護(hù)層厚度不同骨料分布下的銹脹力-徑向壓力曲線
角部鋼筋的保護(hù)層銹脹開裂模擬結(jié)果如圖4所示，可以看出，角部鋼筋處保護(hù)層的開裂形態(tài)與中部鋼筋有明顯不同，出現(xiàn)了混凝土角狀脫落的現(xiàn)象，相較于中部鋼筋情形更加危險(xiǎn)。
圖4 角部鋼筋混凝土保護(hù)層開裂形態(tài)
原始文獻(xiàn)：Du X, Jin L. Meso-scale numerical investigation on cracking of cover concrete induced by corrosion of reinforcing steel [J]. Engineering Failure Analysis, 2014, 39: 21-33.
展開 ▲底筋砂漿墊塊
▲面筋砂漿墊塊
2.2 梁側(cè)、柱側(cè)：采用定型條狀砂漿墊塊或普通塑料墊片；缺點(diǎn)：無法很清晰判斷保護(hù)層厚度。
3、質(zhì)量驗(yàn)收【注：摘于《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》】
混凝土保護(hù)層厚度可采用非破損（保護(hù)層厚度測定儀）或局部破損的方法檢驗(yàn)。……縱向受力鋼筋保護(hù)層厚度的允許偏差，對梁類構(gòu)件為-7~10mm；對板類構(gòu)件為-5~8mm……國內(nèi)規(guī)范表明，允許存在負(fù)偏差。(點(diǎn)我免費(fèi)領(lǐng)取10個(gè)工程資料)
混凝土保護(hù)層的日式規(guī)定
1、保護(hù)層過小，易造成樓板下沉開裂，以及混凝土中的堿性反應(yīng)提前使得鋼筋氧化、生銹膨脹，造成混凝土爆裂。
2、保護(hù)層過大，使得混凝土處于無筋狀態(tài)，產(chǎn)生裂縫。
3、混凝土保護(hù)層最小厚度（mm） 【注：摘于《建筑基準(zhǔn)法》】。
規(guī)范表明，保護(hù)層最小值有20，30，40，60mm。另外，規(guī)定保護(hù)層不得大于80mm。且不得有負(fù)偏差。
混凝土保護(hù)層控制有妙招
1、合理選擇和設(shè)置墊塊或墊片，使鋼筋鋪設(shè)在正確位置，確保保護(hù)層厚度。
2、墊塊選擇（混凝土制、鋼制、塑料制）：①砂漿制墊塊因強(qiáng)度低、持久性有欠缺，規(guī)定不得使用；②塑料墊塊穩(wěn)定性、剛性、耐火性有欠缺，限于墻側(cè)、柱側(cè)、兩側(cè)；③混凝土墊塊需提前確定強(qiáng)度等同或大于澆筑混凝土強(qiáng)度。
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3、采用定制的鋼制支撐構(gòu)件，混凝土表面處需做防銹處理。
4、墊塊（墊片）尺寸、鋼制支撐構(gòu)件制定計(jì)劃，用于每個(gè)部分的墊塊采用顏色識別來區(qū)別尺寸，并經(jīng)過監(jiān)理單位核準(zhǔn)。
5、鋪設(shè)馬道，專設(shè)施工通道，防止隨意踩踏鋼筋。
展開 來源：建筑工程魯班聯(lián)盟
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正文如下：
本文選自《鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)層施工、墊塊選擇及使用》，作者奉化市交通設(shè)計(jì)所方斌。作者從保護(hù)層施工及墊塊選擇兩方面，闡述了如何確保鋼筋混凝土保護(hù)層厚度，總結(jié)到位，值得學(xué)習(xí)。
混凝土保護(hù)層使鋼筋在混凝土的握裹之下，對鋼筋有錨固力，使鋼筋和混凝土共同受力，讓鋼混結(jié)構(gòu)發(fā)揮正常的功能和作用；而保護(hù)層過厚混凝土表面則容易產(chǎn)生裂縫，同時(shí)從設(shè)計(jì)計(jì)算模型來看，也會導(dǎo)致截面有效高度減小，降低截面受彎承載力。同時(shí)保護(hù)層可防止潮濕氣體和水滲入，避免鋼筋腐蝕并膨脹而破壞混凝土，從而維護(hù)結(jié)構(gòu)耐久性，確保其正常的安全使用功能和使用年限。
因此混凝土保護(hù)層是鋼筋混凝土構(gòu)件中重要的結(jié)構(gòu)，但又是很容易忽略的部分。當(dāng)前，由于保護(hù)層設(shè)置不當(dāng)造成鋼筋腐蝕、混凝土開裂的問題屢見不鮮，嚴(yán)重降低結(jié)構(gòu)使用年限。比如，很多橋梁使用年限均在15 年~20 年左右，遠(yuǎn)沒達(dá)到設(shè)計(jì)年限，在超載車等其他原因共同作用下，有的甚至需要重建。
展開 abaqus鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落細(xì)觀模型
鋼筋銹蝕影響：
細(xì)觀模型：
混凝土損傷：
保護(hù)層脫落：
finish
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et,1,65
mp,ex,1,3e7 ! steel rebar (units are pounds, inches)
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!vovlap,all
NUMMRG,KP, , , ,LOW
numcmp,volu
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mat,2 ! concrete material
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d,all,all
nsel,s,loc,x,100
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ABAQUS中帶預(yù)制裂縫XFEM的纖維混凝土開裂-纖維帶取向度（隨機(jī)、水平、垂直、特定取向度）
亮點(diǎn)：纖維的隨機(jī)分布角度對纖維混合基體整體性能的影響
開展帶預(yù)制裂縫的隨機(jī)亂向鋼纖維混凝土（SFRC）和定向鋼纖維混凝土(ASFRC)試件的三點(diǎn)彎曲靜載斷裂試驗(yàn)。試件幾何尺寸如圖2.3所示，試件實(shí)際跨距L = 440 mm，試驗(yàn)加載支座范圍內(nèi)有效跨距S = 400 mm
針對混凝土材料的細(xì)觀力學(xué)分析可建立其宏觀力學(xué)行為與細(xì)觀組分的關(guān)系，進(jìn)而改進(jìn)混凝土宏觀唯象理論的不足，推進(jìn)混凝土細(xì)觀仿真的發(fā)展，解決試驗(yàn)條件限制及資源浪費(fèi)。本案例在ABAQUS軟件內(nèi)，建立隨機(jī)投放的三維球體骨料及圓柱體混凝土試件，基于損傷力學(xué)模型，進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)軸心受壓試驗(yàn)，研究混凝土圓柱試件的裂縫開展。
在Abaqus CAE軟件內(nèi)，采用AbyssFish RandomSphere
在細(xì)觀混凝土開裂研究中，仿真可直觀揭示混凝土中多相材料的破壞特征及微觀裂縫的發(fā)展規(guī)律。本案例建立包含隨機(jī)多邊形粗骨料、界面過渡區(qū)（ITZ）及水泥砂漿在內(nèi)的細(xì)觀混凝土梁二維模型，對混凝土梁在三點(diǎn)彎曲工況下進(jìn)行有限元模擬，展示混凝土梁跨中部位的裂縫發(fā)展情況。
在Abaqus CAE軟件內(nèi)，采用AbyssFish RandomPolygon2D V2.0
混凝土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)決定著其宏觀破壞行為，對混凝土在結(jié)構(gòu)尺度上采用細(xì)觀模型將導(dǎo)致巨大的計(jì)算量而難以實(shí)現(xiàn)，表征體元（?REV）?方法可選取一定的平均范圍來描述混凝土的性質(zhì)和行為，這對于理解和模擬混凝土的損傷機(jī)理至關(guān)重要。
本案例在Abaqus內(nèi)采用Random Sphere RVE 3D（Mesh
<p>尊敬的<strong style="background-color: white;">Abaqus RandomPolygon2D插件用戶:</strong></p><p>很高興地向大家宣布， AbyssFish_RandomPolygon2D插件已經(jīng)迎來了重要更新！本次更新旨在適配Python3版本的Abaqus2024及以上版本，并優(yōu)化插件界面，提升用戶體驗(yàn)。同時(shí)<span style=
現(xiàn)役橋梁主要還是以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主,而裂紋是混凝土中不可避免的,因此,通過對預(yù)制裂紋混凝土疲勞性能的研究,準(zhǔn)確分析混凝土的疲勞損傷積累,確定損傷的位置及程度,預(yù)測其剩余疲勞壽命顯得十分重要。
通過ls-dyna軟件建立了含預(yù)制裂隙的混凝土模型，如圖1所示。
通過SHPB系統(tǒng)分析其在有無纖維包裹層保護(hù)作用下的破壞模式。
纖維包裹層采用兩種方式進(jìn)行建模，方法一：共節(jié)點(diǎn)殼單元
自1999年美國西北大學(xué)以Belytschko教授為代表的計(jì)算力學(xué)課題組[1]提出的擴(kuò)展有限元概念至今已有23年，該理論基于傳統(tǒng)有限元的單位分解思想，在不連續(xù)位置通過富集自由度的形式表達(dá)不連續(xù)場，既保持了計(jì)算過程中的收斂性，又可以很好的解決傳統(tǒng)有限元在面對不連續(xù)問題時(shí)的困境。
“云計(jì)算”是計(jì)算機(jī)快速發(fā)展的產(chǎn)物，可以非常有效地解決數(shù)值模擬中遇到的內(nèi)存不足、性能不佳、數(shù)據(jù)丟失等問題。
自1999年美國西北大學(xué)以Belytschko教授[1]為代表的計(jì)算力學(xué)課題組提出的擴(kuò)展有限元概念至今已有23年，該理論基于傳統(tǒng)有限元的單位分解思想，在不連續(xù)位置通過富集自由度的形式表達(dá)不連續(xù)場，既保持了計(jì)算過程中的收斂性，又可以很好的解決傳統(tǒng)有限元在面對不連續(xù)問題時(shí)的困境。本文基于大型非線性有限元商用軟件Abaqus模擬混凝土I型開裂行為，主要內(nèi)容包括：混凝土開裂模型介紹、數(shù)值模擬細(xì)節(jié)、
一、算例背景及分析技術(shù)
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂是廣泛存在的現(xiàn)象，準(zhǔn)確的說從鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)服役開始就進(jìn)入帶裂工作狀態(tài)，只是這種裂縫肉眼難以辨別并且對結(jié)構(gòu)安全沒有影響。但裂縫作為鋼筋混凝土構(gòu)件工作狀態(tài)的重要表征指標(biāo)，是結(jié)構(gòu)損傷的表現(xiàn)，也許是破壞的先兆，也許是耐久
性不足的預(yù)警，更是災(zāi)后調(diào)查和受力機(jī)理揭示的重要線索，見圖1。
圖1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫
本案例使用
剛性彈侵徹
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