鋼筋混凝土受彎模擬的案例
【經典案例欣賞24】縱筋粘結滑移鋼筋混凝土梁受彎模擬
項目難點：
1、縱筋實體建模考慮界面滑移；
2、各部件接觸設置；
3、復雜模型快速建模。
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鋼筋混凝土受彎構件的裂縫(Cracking in Reinforced Concrete)
1 引言
由于混凝土的低抗拉強度(low tensile strength)和低延伸性(low extensibility)，混凝土中出現裂縫是不可避免的。在持久狀況的使用荷載(service loads)下(持久狀況計算)，鋼筋混凝土結構中鋼筋承受的應力較低，除了因混凝土收縮和溫度變化而產生的裂縫外，受應力導致的開裂量非常有限。然而在鋼筋承受應力很高的情況下，特別是使用高強度的鋼筋時，在使用荷載下可能會出現一些明顯的裂縫。如果這些裂縫太寬，一方面會引起結構的破壞, 另一方面也會破壞結構的美感.
裂縫的出現可能導致鋼筋暴露在環境中，從而造成鋼筋的腐蝕。為了盡量減少這些不利影響，鋼筋混凝土結構的設計必須確保正常使用條件下的裂縫寬度保持在可接受的范圍內。除了美觀問題和可能的鋼筋腐蝕外，鋼筋混凝土構件的裂縫將導致構件的彎曲剛度(bending stiffness)顯著降低。因此在評估鋼筋混凝土構件的撓度時，有必要將裂縫的影響納入計算中。對于鋼筋混凝土受彎構件,《公路橋規》規定必須進行使用階段的變形和彎曲裂縫最大裂縫寬度進行驗算。
2 鋼筋混凝土的允許裂縫寬度
最大裂縫寬度取決于各種因素，包括裂縫的位置、長度和表面紋理以及周圍地區的照明條件等。Park & Paulay(1975)的研究指出可接受的裂縫寬度應在0.25mm到0.38mm之間. 后來發展的各種規范制定的裂縫容許值基本上在這個值域內.
展開 ABAQUS中定義混凝土的塑性損傷本構、鋼筋和混凝土之間的粘接滑移，模擬拉拔鋼筋時受拉短柱的應力分布 ￥50
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鋼筋混凝土結構設計: 第三章(受彎構件正截面承載力)
受彎構件的截面厚度: 行車道板不小于100mm；人行道板現澆混凝土板不小于80mm, 預制混凝土板不小于60mm; 空心板頂板和底板均不宜小于80mm。
2. 板分為單向板, 雙向板和懸臂板.
3. 單向板沿板短邊方向設置受力鋼筋，沿板長邊方向設置分布鋼筋；雙向板沿板兩個方向均設置受力鋼筋。
4. 分布鋼筋是在主鋼筋上按一定間距設置，起連接作用的橫向鋼筋，屬于構造配置鋼筋。分布鋼筋的作用是使主鋼筋受力更均勻，同時也起著固定主鋼筋位置、分擔混凝土收縮和溫度應力的作用。
5. 縱向受拉鋼筋的作用是承受受拉區拉力或幫助受壓區混凝土承受壓力。
6. 混凝土保護層厚度是指構件截面上鋼筋至截面邊緣的混凝土厚度，其作用是保證鋼筋與混凝土有良好的粘結作用，同時保護鋼筋不直接受到大氣侵蝕。
7. 截面配筋率是指截面所配置的鋼筋截面面積與規定的混凝土正截面面積的比值(化為百分數表達)。
8. 彎起鋼筋與斜筋的作用是滿足斜截面抗剪要求，承受主拉應力，并增加鋼筋骨架穩定性。
9. 箍筋的作用是除幫助混凝土抗剪外，在構造上起著固定縱向受力鋼筋位置的作用并與縱向受力鋼筋、架立鋼筋等組成骨架。
10. 架立鋼筋的作用是固定箍筋與縱向受力鋼筋形成穩定的鋼筋骨架。
11. 塑性破壞(延性破壞)是指結構或構件在破壞前有明顯變形或其他征兆現象的破壞; 脆性破壞是指結構或構件在破壞前無明顯變形或其他征兆現象的破壞。
12. 對常用的熱軋鋼筋和普通強度混凝土，破壞形態主要受到截面縱向受拉鋼筋配筋率ρ 的影響。
13. 按照鋼筋混凝土受彎構件的配筋情況及相應發生破壞時的性質可得到正截面破壞的三種形態: 適筋梁破壞、超筋梁破壞和少筋梁破壞。
14. 超筋梁破壞特征: (1) 鋼筋混凝土梁截面受壓區混凝土先壓壞，而受拉鋼筋未屈服。
展開 
鋼筋混凝土結構設計: 第四章(受彎構件斜截面承載力)
1.在豎向荷載作用下，鋼筋混凝土受彎構件截面上會同時產生剪力和彎矩，會發生沿受彎構件斜裂縫的斜截面受剪破壞或斜截面受彎破壞。保證受彎構件正截面受彎承載力的同時，還要保證其斜截面承載力，它包括受彎構件的斜截面抗剪承載力和斜截面抗彎承載力。
2. 鋼筋混凝土梁設置的箍筋和彎起鋼筋及斜鋼筋都起抗剪作用，統稱為梁的腹筋。僅設置縱向受力鋼筋而不設腹筋的梁稱為無腹筋梁。
3. 在梁的剪彎段中，當主拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，就會出現梁體斜向裂縫。斜裂縫出現后梁截面發生應力重分布.
4. 梁的剪跨比 m=M/Vh0. 式中M 和V分別為梁剪彎區段中某個豎直截面的彎矩和剪力，h0為截面有效高度。剪跨比m反映了截面上正應力σ和剪應力τ的相對比值，在一定程度上也反映了截面上彎矩與剪力的相對比值。對無腹筋梁的斜截面受剪破壞形態有決定性影響。
鋼筋混凝土受彎構件剪跨與深度比
不同規范剪跨比m取值范圍的比較
5. 無腹筋簡支梁斜截面的破壞形態: 斜拉破壞(m>3), 剪壓破壞(1≤m≤3), 斜壓破壞(m<1). 鋼筋混凝土梁的三種斜截面受剪破壞形態的抗剪承載力是不同的：斜壓破壞時最大，其次為剪壓破壞，斜拉破壞最小。在達到峰值荷載時，梁的跨中撓度都不大，破壞時抗剪承載力都會迅速下降，均屬結構受力脆性破壞類型。
6. 配置箍筋是提高鋼筋混凝土梁抗剪承載力的有效措施。彎起鋼筋或斜筋，與臨界斜裂縫相交后發揮其抗剪作用，可以提高梁的抗剪承載力。彎起鋼筋或斜筋不宜單獨使用，必須與箍筋聯合使用。v設置腹筋的鋼筋混凝土簡支梁斜截面剪切破壞形態仍為斜拉破壞、斜壓破壞和剪壓破壞。
7. 影響受彎構件斜截面抗剪承載力的主要因素: 剪跨比m; 混凝土抗壓強度fcu, 縱向受拉鋼筋配筋率; 配箍率和箍筋強度.
8.
展開 預應力混凝土受彎構件受力及工作階段
當構件加載至某一特定荷載，其下邊緣混凝土的預壓應力恰被抵消為零，此時在控制截面上所產生的彎矩M0稱為消壓彎矩。a)使用荷載作用于梁上; b)消壓狀態的應力.
梁使用及破壞階段的截面應力圖
(2) 加載至受拉區裂縫即將出現
當構件在消壓后繼續加載，并使受拉區混凝土應變達到抗拉極限應變時的應力狀態，即稱為裂縫即將出現狀態。c)裂縫即將出現時的截面應力
梁使用及破壞階段的截面應力圖
受彎構件出現混凝土彎曲裂縫時的理論臨界彎矩稱為開裂彎矩Mcr。把受拉區邊緣混凝土應力從零增加到應力為ftk所需的外彎矩用Mcr,c表示，則Mcr為M0與Mcr,c之和，即
在消壓狀態出現后，預應力混凝土梁的受力情況如同普通鋼筋混凝土梁一樣。
(3) 帶裂縫工作
繼續增大荷載，則主梁截面下緣開始開裂，裂縫向截面上緣發展，梁進入帶裂縫工作階段, 如圖d) 所示。
梁使用及破壞階段的截面應力圖
4 破壞階段
配筋率適當的預應力混凝土受彎構件(適筋梁)，在荷載作用下，受拉區全部鋼筋(包括預應力鋼筋和非預應力鋼筋)將先達到屈服強度，裂縫迅速向上延伸，而后受壓區混凝土被壓碎，構件即告破壞, 如下圖e) 所示. 破壞時，截面的應力狀態與鋼筋混凝土受彎構件相似。
梁使用及破壞階段的截面應力圖
在正常配筋的范圍內，預應力混凝土梁的破壞彎矩主要與構件的組成材料受力性能有關，其破壞彎矩值與同條件普通鋼筋混凝土梁的破壞彎矩值幾乎相同，而是否在受拉區鋼筋中施加預拉應力對梁的破壞彎矩的影響很小。預應力混凝土結構并不能創造出超越其本身材料強度能力之外的奇跡，而只是大大改善了結構在正常使用階段的工作性能。
展開 混凝土梁的受彎性能能分析
1/2模型，cdp混凝土模型本構！線性加載
UHPC加固混凝土XFEM三點彎模擬 ￥49.99
1、 引言
超高性能混凝土（UHPC）以其優異的力學性能和耐久性，在混凝土結構加固領域展現出巨大潛力。三點彎試驗是評估加固結構抗彎性能的重要手段。擴展有限元法（XFEM）能有效模擬裂縫的萌生與擴展，無需對網格進行復雜的重劃分。Abaqus 軟件作為強大的有限元分析工具，為我們模擬 UHPC 加固混凝土三點彎試驗提供了理想平臺。本模擬旨在深入探究 UHPC 加固混凝土梁在三點彎加載下的力學響應和裂縫擴展規律。
2、 模型建立
（1） 幾何模型
根據實際試驗情況，建立混凝土梁和 UHPC 加固層的幾何模型。混凝土梁尺寸為長度 1000 mm、寬度120 mm、高度 200 mm，UHPC 加固層厚度為 10 mm，裂紋長度為80mm。在 Abaqus 的 Part 模塊中分別創建梁和加固層的三維實體部件。（先構建草圖再建立模型可以節約裝配時間）
圖1混凝土尺寸參數
來源：胡少偉,魯文妍.基于XFEM的混凝土三點彎曲梁開裂數值模擬研究[J].華北水利水電大學學報(自然科學版),2014,35(04):48-51.
圖1 模型尺寸圖
（2） 材料屬性定義
混凝土：采用混凝土MAXPS損傷，具體參數如圖1所示。
UHPC：同樣采用MAXPS損傷，其彈性模量較高，設為 42.5 GPa，泊松比為 [0.2]。抗拉強度設為8.1MPA，斷裂能設為781 N/M。
（3） 裝配
將裂紋、墊塊、混凝土梁和 UHPC 加固層在 Assembly 模塊中進行裝配，確保它們的位置和相對關系與實際情況一致。
圖2 模型裝配圖
4、 模擬結果分析
通過 Abaqus 軟件模擬 UHPC 加固混凝土三點彎試驗，利用 XFEM 技術成功模擬了裂縫的擴展過程。模擬結果與實際試驗結果的對比驗證了模型的有效性。
展開 Abaqus 應用之鋼筋混凝土四點彎 ￥4.99
今天來和大家聊聊 Abaqus 在鋼筋混凝土四點彎分析中的強大應用。
在結構工程領域，鋼筋混凝土的性能分析至關重要。而四點彎試驗是一種常見的用于評估鋼筋混凝土梁抗彎性能的方法。Abaqus 作為一款功能強大的有限元軟件，為我們提供了精確模擬鋼筋混凝土四點彎的有力工具。
一、為什么要用 Abaqus 進行鋼筋混凝土四點彎分析？
準確性高
Abaqus 可以準確地模擬鋼筋和混凝土之間的相互作用。通過定義合適的本構關系和接觸屬性，可以考慮鋼筋的彈塑性行為以及混凝土的開裂、壓碎等非線性特性。
能夠精確地捕捉到鋼筋混凝土在四點彎加載過程中的應力分布、變形情況以及破壞模式。
可視化強
在分析過程中，Abaqus 可以提供直觀的可視化結果。你可以清晰地看到鋼筋混凝土梁在不同加載階段的應力云圖、變形形狀以及裂縫的發展過程。這對于理解結構的行為和性能非常有幫助。
參數化分析方便
Abaqus 允許用戶進行參數化分析，通過改變鋼筋的直徑、間距、混凝土的強度等級等參數，可以快速評估不同設計方案的性能。這為結構工程師提供了一種高效的優化設計方法。
二、如何在 Abaqus 中進行鋼筋混凝土四點彎分析？
模型建立
首先，需要建立鋼筋混凝土梁的幾何模型。可以使用 Abaqus/CAE 中的建模工具，或者導入其他 CAD 軟件創建的模型。
然后，定義材料屬性。
展開 預應力混凝土受彎構件設計計算方法
(2) 受彎構件的斜截面承載力計算: 確定受彎構件所需要的箍筋數量及布置間距、預應力鋼筋的彎起位置，以及截面尺寸是否符合要求。
(3) 端部錨固區承載力計算: 對后張法預應力混凝土構件主要是錨下局部區和總體區計算，確定錨下間接鋼筋數量及布置;對先張法預應力混凝土構件，主要是預應力鋼筋的錨固長度及傳遞長度計算。
4 持久狀況和短暫狀況的構件應力計算
(1) 持久狀況構件的應力計算: 基于預應力混凝土受彎構件受力的使用階段而進行的設計計算，包括：①受彎構件截面的混凝土法向正應力；②預應力鋼筋的拉應力；③截面的混凝土主應力計算。計算應力值都不得超過規定的限值。
(2) 短暫狀況構件的應力計算: 基于預應力混凝土受彎構件的施工階段而進行的設計計算；在設計上主要是進行短暫狀況構件截面的混凝土應力計算；必要時進行構件的變形計算。
5 持久狀況正常使用階段的計算
(1) 受彎構件的抗裂性驗算: 對全預應力混凝土和部分預應力混凝土A類構件，要進行構件正截面和斜截面的抗裂性驗算。對部分預應力混凝土B類構件，要進行構件混凝土最大彎曲裂縫寬度的驗算。
(2) 受彎構件的撓度與變形的驗算。
展開 abaqus 鋼筋混凝土受扭構件
本文檔包括鋼筋混凝土受扭構件cae文件以及操作手冊。
torsion member.cae
鋼筋混凝土有限元-混凝土結構受扭-操作手冊.docx
模型基本情況：
混凝土、箍筋、架立筋、縱筋、腰筋。
其尺寸如下：混凝土梁C30混凝土，b=200mm,h=500mm,L=4800mm。
架立筋2Ф10，箍筋Ф6@200，保護層厚度20mm，縱筋、腰筋分別為2根直徑為20的HRB335鋼筋。
注意：
感謝提供該文檔的學生們！！！！
因為是課程作業，模型可能存在一定的缺陷，僅供參考！！！
展開 
abaqus 鋼筋混凝土偏心受拉梁
本文檔包括鋼筋混凝土偏心受拉構件cae文件以及操作手冊。
ETB.py
偏心受拉梁Abaqus模型指南 無姓名.pdf
ETB.cae
模型基本情況：
模型為一鋼筋混凝土簡支梁，設計使用年限為 50 年，環境類別為一類，
b=200mm，h=500mm，L=4800mm，采用 C30 混凝土，架立筋 2Ф10，箍筋
Ф 6@200，縱筋 4根HPB300 直徑 20（此處有不足），保護層厚度為 20mm。
注意：
感謝提供該文檔的SCUers！！！！
因為是課程作業，模型可能存在一定的缺陷，僅供參考！！！
展開 鋼筋混凝土結構設計: 第八章(受拉構件的承載力計算)
當縱向拉力作用線與構件截面形軸線相重合時，此構件為軸心受拉構件。當縱向拉力作用線偏離構件截面形心軸線時，或者構件截面上既作用有拉力，同時有彎矩時，則為偏心受拉構件。受拉構件相關文檔如下:
受拉構件承載力計算(Tension Member)
強度折減系數(Strength Reduction Factor)小結
壓彎構件
2. 鋼筋混凝土受拉構件的箍筋配置: 箍筋直徑不小于8mm，間距一般為(150~200) mm。
3. 軸心受拉構件的受力特性: 在混凝土開裂以前，混凝土與鋼筋共同負擔拉力。當構件開裂后，裂縫截面處的混凝土已完全退出工作，拉力全部由鋼筋承擔。當鋼筋拉應力到達屈服強度時，構件也到達其極限承載能力。
4. 軸心受拉構件一側縱向鋼筋的配筋率應按毛截面面積計算.
5. 鋼筋混凝土偏心受拉構件類型：當偏心拉力作用點在截面鋼筋 As 合力點與 A's 合力點之間時，屬于小偏心受拉情況。當偏心拉力作用點在截面鋼筋 As 合力點與 A's 合力點范圍以外時，屬于大偏心受拉情況。
6. 矩形截面偏心受拉構件，當偏心距 e0≤(h/2－as)時，按小偏心受拉構件計算。
相關參考:
鋼筋混凝土結構設計: 第一章(概念及材料性能)
鋼筋混凝土結構設計: 第二章(極限狀態設計)
鋼筋混凝土結構設計: 第三章(受彎構件正截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第四章(受彎構件斜截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第五章(受扭構件承載力計算)
鋼筋混凝土結構設計: 第六章(軸心受壓構件正截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第七章(偏心受壓構件正截面承載力)
展開 鋼筋混凝土特點及其原理 附鋼筋混凝土原理過鎮海文檔下載
鋼筋混凝土是當下最流行的建筑結構，無論是我們的房屋現澆鋼筋混凝土，還是大型建筑物，接下來我們就通過下面的內容，來看看鋼筋混凝土的相關內容介紹。
鋼筋
混凝土怎么樣
鋼筋混凝土中的受力筋含量通常很少，從占構件截面面積的1%（多見于梁板）至6%（多見于柱）不等。鋼筋的截面為圓型。在美國從0.25至1英尺，每級1/8英尺遞增；在歐洲從8至30毫米，每級2毫米遞增；在中國大陸從3至40毫米，共分為19等。
在美國，根據鋼筋中含碳量，分成40鋼與60鋼兩種。后者含碳量更高，且強度和剛度較高，但難于彎曲。在腐蝕環境中，電鍍、外涂環氧樹脂、和不銹鋼材質的鋼筋亦有使用。
鋼筋
混凝土特點
混凝土是水泥（通常硅酸鹽水泥）與骨料的混合物。當加入一定量水分的時候，水泥水化形成微觀不透明晶格結構從而包裹和結合骨料成為整體結構。通常混凝土結構擁有較強的抗壓強度（大約3，000磅/平方英寸，35MPa）。
但是混凝土的抗拉強度較低，通常只有抗壓強度的十分之一左右，任何顯著的拉彎作用都會使其微觀晶格結構開裂和分離從而導致結構的破壞。而絕大多數結構構件內部都有受拉應力作用的需求，故未加鋼筋的混凝土極少被單獨使用于工程。
鋼筋
混凝土原理
鋼筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性質決定的。首先鋼筋與混凝土有著近似相同的線膨脹系數，不會由環境不同產生過大的應力。其次鋼筋與混凝土之間有良好的粘結力，有時鋼筋的表面也被加工成有間隔的肋條（稱為變形鋼筋）來提高混凝土與鋼筋之間的機械咬合，當此仍不足以傳遞鋼筋與混凝土之間的拉力時，通常將鋼筋的端部彎起180 度彎鉤。
展開 鋼筋混凝土結構設計: 第五章(受扭構件承載力計算)
T形、Ⅰ形截面可看成是由簡單矩形截面所組成的復雜截面，每個矩形截面所受的扭矩，可根據各自的抗扭剛度按正比例進行分配。
14. 由于箱形截面具有抗扭剛度大、能承受異號彎矩且底部平整美觀等優點，因此在連續梁橋、曲線梁橋和城市高架橋中得以廣泛采用。
15. 對于彎、剪扭共同作用下的構件配筋計算，采取先按彎矩、剪力、扭矩各自單獨作用下進行配筋計算，然后按縱筋和箍筋進行疊加進行截面設計的方法。
16. 配筋強度比定義為受扭縱筋和箍筋的體積比和強度比的乘積。限制配筋強度比合適的范圍，可以使受扭構件破壞時箍筋和縱筋基本上能達到屈服強度，從而使箍筋和縱筋均能有效發揮作用，避免出現部分超筋破壞。
17. 鋼筋混凝土受扭構件中受扭縱筋和箍筋的配筋強度比說明，當構件破壞時，(A) 。
(A) 縱筋和箍筋都能達到屈服
(B) 僅箍筋達到屈服
(C) 僅縱筋達到屈服
(D) 縱筋和箍筋都不能達到屈服
相關參考:
鋼筋混凝土結構設計: 第一章(概念及材料性能)
鋼筋混凝土結構設計: 第二章(極限狀態設計)
鋼筋混凝土結構設計: 第三章(受彎構件正截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第四章(受彎構件斜截面承載力)
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