混凝土保護(hù)層脫落的案例
abaqus鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落細(xì)觀模型
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：
詳細(xì)的混凝土保護(hù)層的控制措施
來源：土木論壇
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正文如下：
眾所周知，日本是多地震國家，建筑以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，所以對混凝土保護(hù)層相當(dāng)重視。下面小編詳細(xì)解讀日本對混凝土保護(hù)層的控制方法和措施。
混凝土保護(hù)層是什么
混凝土保護(hù)層是在混凝土構(gòu)件中，起到保護(hù)并避免鋼筋直接裸露的那一部分混凝土，保護(hù)層厚度是從混凝土表面到最外層鋼筋 (包括箍筋、構(gòu)造筋、分布筋等) 公稱直徑外邊緣之間的最小距離。(點我免費領(lǐng)取10個工程資料)
混凝土保護(hù)層有啥用
1、確保耐久性：防止鋼筋被空氣、水分、鹽分銹蝕。
2、確保握裹力：與鋼筋共同作用，使鋼筋發(fā)揮設(shè)計強(qiáng)度。
3、確保防火性能，使鋼筋混凝土構(gòu)件在耐火期限內(nèi)不會失去工作性。
由此可見，混凝土保護(hù)層直接決定了建筑的結(jié)構(gòu)性、耐久性和功能性，所以是相當(dāng)重要構(gòu)造措施。
國內(nèi)規(guī)定和做法
1、混凝土保護(hù)層最小厚度（mm） 【注：摘于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》】
規(guī)范表明，保護(hù)層最小值有15，20，25，30，35，40和50mm。
2、現(xiàn)場做法
2.1 梁底、板底：采用普通砂漿墊塊；缺點：容易踩踏鋼筋，使得水泥墊塊碎裂。
展開 《Engineering Failure Analysis》：混凝土保護(hù)層銹脹開裂細(xì)觀力學(xué)模擬
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個不同骨料分布的數(shù)值模型，計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。
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 如何確保鋼筋混凝土保護(hù)層厚度？施工和墊塊要點總結(jié)！
4）采用細(xì)石砼制作時，墊塊一般要比混凝土強(qiáng)度等級高一個等級，規(guī)格可為7cm×7cm×混凝土保護(hù)層厚度。構(gòu)造物高度大于1.5m時，混凝土保護(hù)層墊塊規(guī)格宜為10cm×10cm×混凝土保護(hù)層厚度。
個人認(rèn)為堅固、耐久、美觀、適用是所有建筑物最基本的要求，而耐久性需要長時間的考驗，更容易被忽略，也最難以追溯，但對建筑物安全使用年限的作用，以及社會資源的浪費卻是巨大和無形的。而混凝土保護(hù)層是鋼筋混凝土構(gòu)件中對維護(hù)結(jié)構(gòu)耐久性最重要的因素之一，尤其需要在施工中加以規(guī)范和監(jiān)督。
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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)點殼單元 方法二：實體單元+接觸
其中纖維包裹層采用054/055MAT_ENHANCED_COMPOSITE_DAMAGE材料，混凝土采用MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE材料。
不同方式下的動態(tài)沖擊破壞效果如下：
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利用Lumerical FDTD探究隨機(jī)摻雜混凝土層對于毫米波的電磁響應(yīng)
本篇以摻雜混凝土層為例，利用FDTD的散射體介質(zhì)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)特定混凝土層中的隨機(jī)摻雜仿真，并探究墻體對于毫米波的透射影響。
1. 球形混合物摻雜混凝土層周期單元結(jié)構(gòu)示意圖
本例因球形混合物的分布是隨機(jī)的，故采用三維仿真結(jié)構(gòu)，利用Mesh order條件制造塊狀混凝土結(jié)構(gòu)中的混合物摻雜。本例將以部分墻體為結(jié)構(gòu)單元，在三維結(jié)構(gòu)的兩個維度上設(shè)置periodic周期條件，而在第三維邊界設(shè)置PML（空氣）條件，模擬毫米波由空氣中射向墻壁的情形。
2. FDTD區(qū)域邊界條件設(shè)置
添加完塊體混凝土結(jié)構(gòu)后，修改其mesh order值為5（也可以是任意大于2的整數(shù)）。在Lumerical FDTD軟件中，元素mesh order值默認(rèn)為2。軟件采用嵌套式結(jié)構(gòu)層實現(xiàn)材料的優(yōu)先級，數(shù)值越小，優(yōu)先級別越高。
3. 由于摻雜混合物需要嵌入混凝土層內(nèi)部，因而降低混凝土層優(yōu)先級
添加球形散射體作為摻雜混合物。點擊Components控件選擇More choices。。。
在結(jié)構(gòu)庫中選擇隨機(jī)顆粒結(jié)構(gòu)組件
雜質(zhì)體積濃度是首要考慮的因素。下表中展示了關(guān)于摻雜混合物的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置，通過修改幾何參數(shù)可以實現(xiàn)有目的的體積濃度設(shè)置。
4. Allow overlap 值置為0：不允許雜志顆粒有重疊
5. 針對不同墻體狀況，實現(xiàn)一種或多種混合物的同時摻雜
6. 單一摻雜下的毫米波透射譜線圖
總結(jié)：針對不同摻雜參數(shù)下的混凝土墻壁，F(xiàn)DTD軟件提供了可行可靠的電磁波分析方法，內(nèi)置的隨機(jī)散射體組建可以輕松實現(xiàn)不同雜志的隨機(jī)空間分布。
展開 2011年韓國39層鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)辦公樓豎向震動事故及原因分析！
圖1 推測建筑物震動源
1)風(fēng)荷載：由風(fēng)吹到結(jié)構(gòu)上引起的渦流等因素引起的垂直振動
2)空調(diào)控制室機(jī)械振動：位于Techno Mart辦公樓各層的空調(diào)控制室內(nèi)的空調(diào)設(shè)備引起的機(jī)械振動引起的共振現(xiàn)象
3)辦公樓12層健身中心：健身中心因旋轉(zhuǎn)、跑步機(jī)、集體有節(jié)奏運動等引起的振動共振現(xiàn)象引起的結(jié)構(gòu)振動
4)商業(yè)大廈9層CGV4D影院：4D放映設(shè)備振動共振現(xiàn)象引起的結(jié)構(gòu)振動。
此外，還提出了前一天暴雨引起的地基沉降和基礎(chǔ)失效的問題，但在實地考察中，確定這種現(xiàn)象不會發(fā)生，不會引起這種振動。因此，對上述四種可能的原因進(jìn)行了分析。
3.設(shè)計文件審查
3.1一般細(xì)節(jié)
Techno-mart21大樓的設(shè)計文件必須包含生產(chǎn)和安裝結(jié)構(gòu)所需的明確信息，如每個構(gòu)件的尺寸和位置、柱中心、帶肋部件的尺寸、螺栓的尺寸和數(shù)量、焊接尺寸和其他細(xì)節(jié)。因此，為了了解建筑物的現(xiàn)狀和信息，確定其是否按照設(shè)計文件進(jìn)行設(shè)計，并在安全評估中使用這些信息，本節(jié)介紹了設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算文件的審查結(jié)果。
3.2結(jié)構(gòu)圖主要內(nèi)容
1)辦公樓的所有梁和柱都是用鋼制造的。大跨方向為抗彎框架，短跨方向為支撐框架，核心墻為剪力桁架墻。它們被設(shè)計成雙重體系，能夠抵抗風(fēng)和地震荷載。
2)二層及以上采用鋼模橋面板體系，一層及以下采用鋼筋混凝土板體系。
3)辦公樓地下層的梁和柱都是鋼制。
4)商場地下層柱采用型鋼混凝土，地下一、二層梁采用型鋼混凝土，地下三、五層梁采用鋼筋混凝土。
5)地下室外墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
6）購物中心采用獨立基礎(chǔ)，和辦公樓的采用筏板基礎(chǔ)。
7)花崗巖在頂部用600 mm的板填充，并設(shè)計為在集水坑處排放預(yù)計的進(jìn)水。
8)辦公樓的鋼柱為箱形柱，直至第13層。14層及以上大跨方向（不含核心）外柱按箱型柱設(shè)計，其余柱按H型柱設(shè)計。
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</p><p><strong>豐富的模型組成：</strong>生成的二維混凝土細(xì)觀模型包括砂漿區(qū)域、多邊形骨料和界面過渡區(qū)（ITZ），為您提供了一個完整的混凝土微觀結(jié)構(gòu)模型。</p><p><strong>自定義試件尺寸：</strong>您可以根據(jù)實際需求，設(shè)置試件的長度和寬度等尺寸信息，以便更好地模擬實際混凝土構(gòu)件的性能。</p><p><strong>控制多邊形邊數(shù)：</strong>插件支持設(shè)置內(nèi)部所投放多邊形的邊數(shù)，您可以根據(jù)需要調(diào)整多邊形的形狀和復(fù)雜性。</p><h1><br></h1><h1>?? 舊版本鏈接</h1><p>對于仍需要使用Abaqus2023及以前版本的用戶，您可以點擊</p><div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-link" data-title="AbyssFish_RandomPolygon2D V1.0" data-link="https://www.yqgqt.org.cn/post/1787560"><div class="link-card"><span class="link-title">AbyssFish_RandomPolygon2D V1.0</span><div class="link-url">https://www.yqgqt.org.cn/post/1787560</div></div></figure></div><p>下載舊版本的安裝包。請注意，舊版本插件無法兼容Abaqus2024及以上版本。</p><h1><br></h1><h1>?? 單機(jī)授權(quán)說明</h1><p>本插件的售價為單機(jī)授權(quán)許可價格，購買后請聯(lián)系QQ：1135122921或微信：AbyssFish_LJR獲取許可證。
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ABAQUS細(xì)觀混凝土周期性邊界（PBC）表征體元（REV）界面層（ITZ）及砂漿塑性損傷（CDP）模擬
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)致巨大的計算量而難以實現(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）V1.0 – AbyssFish插件進(jìn)行建模，建立的混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)代表性體積單元(Representative Volume Element, RVE)在幾何上具備周期性邊界條件(Periodic Boundary Conditions, PBC)，包含砂漿、骨料-水泥界面過渡區(qū)(Interfacial Transition Zone, ITZ)、骨料三相材料。
案例中砂漿采用混凝土塑性損傷本構(gòu)模型(Concrete Damaged plasticity Model, CDP)，骨料-水泥界面過渡區(qū)采用弱化的砂漿模型。
對代表體單元施加單軸壓縮荷載工況，對模型提交分析并查看結(jié)果。
從模擬結(jié)果反映出混凝土的損傷首先發(fā)生在骨料與水泥的界面過渡區(qū)，并向沿著界面過渡區(qū)向砂漿基體周圍擴(kuò)散。
編輯
混凝土表征體單元最終會因產(chǎn)生貫穿裂紋而發(fā)生破壞。
展開 中山市三座橋梁靜動載試驗報告
混凝土強(qiáng)度的檢測方法為超聲回彈綜合法。檢測依據(jù)為中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》CECS 02：88和《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》CECS 21：90。使用儀器為北京康科瑞工程檢測有限公司生產(chǎn)的NM3-A型非金屬超聲檢測分析儀、山東省樂陵市回彈儀廠制造的ZC3-A型回彈儀和進(jìn)口英國產(chǎn)CM9型鋼筋直徑/保護(hù)層厚度測試儀。檢測結(jié)果見表2。
從測試結(jié)果可以看出，舊橋拱肋混凝土碳化深度很小，混凝土強(qiáng)度在44~47MPa之間。外觀檢查也表明舊橋拱肋混凝土質(zhì)量良好。舊橋立柱混凝土強(qiáng)度在33~40MPa 之間，碳化深度在18~45mm之間，鋼筋銹蝕區(qū)混凝土已完全碳化，經(jīng)過對立柱混凝土鑿開觀察，發(fā)現(xiàn)舊橋立柱鋼筋已全面銹蝕，即使是表面完好的混凝土，其內(nèi)部鋼筋表面也已經(jīng)有銹蝕跡象。混凝土的碳化是指大氣中的二氧化碳與混凝土中的堿性物質(zhì)氫氧化碳發(fā)生反應(yīng)使混凝土中的PH值下降。其主要危害是使混凝土中鋼筋的保護(hù)膜受到破壞，引起鋼筋銹蝕。因此，混凝土的碳化深度是反映混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一。而鋼筋的銹蝕則使混凝土保護(hù)層脫落，鋼筋有效面積減小，導(dǎo)致承載力下降甚至結(jié)構(gòu)破壞，這種破壞往往是突然性的。
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