混凝土開裂的案例
教你快速走出對混凝土養護認識的8個誤區
如果按《質量規范》的規定，以傳統塑性混凝土的要求，誤以澆筑完畢后12h以內的最遲開始時間才開始澆水養護，其時間顯然已大大滯后于混凝土開裂的危險期，規范所規定的最遲開始澆水養護時間已不適用于現代混凝土的養護要求。有許多人錯誤地認為，混凝土的澆水養護，只要是在混凝土澆筑完畢后的12h以內的任何時間開始都行，也就是說，在此12h的時間范圍內澆水養護可早可晚，時間的可塑性很大，這種認識和做法，顯然是錯誤的。
如果把混凝土的早高強認作為其早期開裂的內因，那么，其澆水養護滯后于表面水快速蒸發后的外部補水及補水中斷，是混凝土引起早期開裂的外因。因此，很有必要將混凝土開始澆水養護的時間大大提前，使混凝土表面的向外蒸發水得以及時補給，做到“盡早及時”澆水養護。具體一點講，就是在混凝土澆筑完畢，于其初凝開始，就以澆水養護不致人為沖壞混凝土表面為限“盡早及時”，這里要特別強調“盡早”二字，以保證混凝土早期及時具備充足的補水條件，以免發生混凝土塑性收縮、自收縮和干縮的共同作用。
誤區五
混凝土的澆水養護最好是大水猛澆，這樣補水才能充分徹底
混凝土澆筑成型后的覆蓋，一是防止養護水的急劇蒸發以利節約用水；二是為了防止降溫階段水泥水化熱的急劇散失，以保證混凝土斷面上具有合適的溫度梯度。有的人為了節省覆蓋材料，對混凝土不加覆蓋并用大壓力水猛澆，這樣做不但浪費水，而且極易沖壞混凝土表面，更主要的是壓力水流過混凝土表面，將其熱量迅速帶走，導致混凝土表面溫度驟降，如果正遇混凝土水化熱高峰期，養護水如果與混凝土表面溫差又較大，可能因混凝土溫度驟降，而使其內外溫差及混凝土表面與環境溫差過大而產生“熱震”，致使混凝土表面開裂；同時，要切記養護澆水不可時斷時續，中斷多次反復“熱震”則有加劇混凝土開裂的可能。適宜的澆水養護方法應是小水漫淋。
展開 基于擴展有限元的混凝土受力開裂計算分析
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，主要內容包括：混凝土開裂模型介紹、數值模擬細節、后處理分析。
模型介紹
本文講解的模型數據選自胡少偉課題組[2]，模型尺寸圖所示，彈性模量：30 GPa，泊松比：0.167，抗拉強度：1.65 Mpa，斷裂能：102.8 N/m，預置裂紋長度為80 mm。
圖 1 混凝土開裂模型尺寸
模擬細節
Abaqus以非線性計算為自身優勢，在眾多有限元軟件中一騎絕塵，本文選用Abaqus作為模擬工具。
整體介紹
為減少計算成本，整體采用平面應力模型，讀者也可根據自己需求建立三維實體模型。支座與壓頭使用離散剛體，即剛度無限大，不參與計算過程，不要忽略了剛體的參考點設置。
圖1 2D三點彎曲梁模型圖
材料屬性
應用Maxps Damage斷裂準則，損傷演化采用以能量線性Linear軟化本構，斷裂能參數輸入至Fracture Energy，粘性系數Damage Stabilization Cohesive-Viscosity coefficient選用1.0 e-4~1.0 e-5，該選項的作用是幫助收斂，取值范圍是一個經驗性的取值，具體的范圍取值可參照Ahmad[3]的建議 。
圖 2 材料屬性設置
分析步設置
在斷裂分析中，結構大變形開關應保持開啟(Nlgeom：on)，最大增量步數可以適當調整，初始分析步應相對減小，使得結構在啟裂階段更容易收斂，最小增量步也應適當減小，在這里我設置的1.0E-12，大家可以試一試別的數值，最大增量步無實際含義，保持默認值1不變即可。
展開 北鯤教程 | 基于擴展有限元的混凝土受力開裂計算分析
本文基于北鯤云云計算平臺模擬混凝土I型開裂行為，主要內容包括：混凝土開裂模型介紹、數值模擬細節、北鯤云操作方法以及使用感想。
本文講解地模型數據選自胡少偉課題組[2]，模型尺寸如下圖所示，彈性模量：30 GPa，泊松比：0.167，抗拉強度：1.65 Mpa，斷裂能：102.8 N/m，預置裂紋長度為80 mm。
混凝土開裂模型尺寸
Abaqus以非線性計算為自身優勢，在眾多有限元軟件中一騎絕塵，本文選用Abaqus作為模擬工具。為減少計算經費，可以先使用個人筆記本進行前處理建模，然后在北鯤云平臺進行提交作業分析。
Ⅰ整體介紹
為減少計算成本，整體采用平面應力模型，讀者也可根據自己需求建立三維實體模型。支座與壓頭使用離散剛體，即剛度無限大，不參與計算過程，不要忽略了剛體的參考點設置。
圖1 2D三點彎曲梁模型圖
Ⅱ 材料屬性
應用Maxps Damage斷裂準則，損傷演化采用以能量線性Linear軟化本構，斷裂能參數輸入至Fracture Energy，粘性系數Damage Stabilization Cohesive-Viscosity coefficient選用1.0 e-4~1.0 e-5，該選項的作用是幫助收斂，取值范圍是一個經驗性的取值，具體的范圍取值可參照Ahmad的建議 [3]。
圖 2 材料屬性設置
Ⅲ 分析步設置
圖3 分析步設置
在斷裂分析中，結構大變形開關應保持開啟(Nlgeom：on)，最大增量步數可以適當調整，初始分析步應相對減小，使得結構在啟裂階段更容易收斂，最小增量步也應適當減小，在這里我設置的1.0E-12，大家可以試一試別的數值，最大增量步無實際含義，保持默認值1不變即可。
展開 ANSYS鋼筋混凝土結構開裂計算介紹
1．概述
開裂計算是工程中比較關心的問題，但一直是有限元分析的一個難點，涉及到材料本構、計算收斂性等諸多問題。ANSYS＋CivilFEM提供了鋼筋混凝土結構開裂計算功能，其中土木專用模塊CivilFEM提供的非線性混凝土計算適用于混凝土梁結構的非線性計算（包括開裂），可以直接通過截面定義鋼筋，從而模擬鋼筋混凝土梁。
但對于更一般的結構，用梁單元來模擬不一定合適，需要采用更一般的單元，ANSYS提供了專用的鋼筋混凝土實體單元SOLID65來模擬鋼筋混凝土結構，該單元材料采用混凝土材料模型，可定義混凝土的開裂、壓碎準則。
另外可以定義鋼筋方向和體積率，可用來模擬鋼筋混凝土的破壞。本文將通過算例對ANSYS＋CivilFEM開裂計算的效果進行探討，并針對一些計算難點提出初步的解決方案。
2．CivilFEM開裂計算
CivilFEM適合于梁結構開裂分析，另外為了與后面SOLID65單元開裂計算結果進行比較，先探討了CivilFEM的開裂計算。
CivilFEM開裂計算需要考慮的要點：
1、激活CivilFEM非線性模塊（~CFACTIV,NLC,Y），這是CivilFEM非線性計算的前提。
2、即使事實上為小變形，也必須打開幾何非線性效應（NLGEOM,ON），否則無法激活非線性迭代。
3、通常應該關閉求解控制（SOLCONTROL,OFF），由于CivilFEM非線性計算通過修改實常數的等效方法，自動求解控制反而可能導致發散。
4、在收斂不好的情況下，可以增加子步數、打開自動步長（AUTOTS,ON）或可以給定一個比較大的迭代數（NEQIT,NUM）,以改善收斂，線性搜索有時也可以改善收斂（LNSRCH,ON）。
展開 
ANSYS鋼筋混凝土結構開裂計算介紹 附ANSYS土木工程應用實例下載
此外，SOLID65本身有一些參數可以增強收斂：
4、指定極小的分布鋼筋體積率（通過單元實常數），比如1e-6，這不會影響計算結果，但可以使得開裂后單元具有一個小剛度，不致奇異，從而增強收斂。
5、開裂單元指定適當的剪力傳遞系數（通過混凝土材料），一般張開裂紋0.1，閉合裂紋1.0，可以極大地提高收斂性。
6、指定開裂起始剛度松弛因子為1.0（通過混凝土材料），并設SOLID65單元的KEYOPT(7)=1，可以使得開裂后剛度逐漸減小至0，增強收斂。
7、給混凝土指定合理的抗拉強度（通過混凝土材料），可以極大地提高收斂性。
8、為了得到一個好的結果，在結構主要受彎厚度方向單元不要太少，不要少于4層，8層以上比較好（如本例為8層）。
用SOLID65模擬混凝土，BEAM188單元模擬鋼筋，混凝土給定抗拉強度0.1MPa，對前述算例進行開裂分析，并進行比較。
3.1．SOLID65開裂靜力分析
圖14為計算模型，鋼筋節點與混凝土節點之間建立位移約束方程，梁端部建立剛性區來施加載荷。圖15為鋼筋分布圖，混凝土采用透明來直觀顯示結構。
圖16為載荷達到1500N時混凝土梁軸向正應力，固端紅色區域中除了小部分為小于抗拉強度的受拉區外，大部分為開裂區。圖17為相應的鋼筋正應力。受壓區混凝土最大壓應力為-0.78MPa，受壓鋼筋應力為-3.60MPa，受拉鋼筋應力為15.7MPa， 拉裂區應力全部由鋼筋承擔。
展開 轉，鋼筋混凝土結構非線性有限元在ANSYS中的分析
如果僅僅只是定義了混凝土的破壞準則,則混凝土開裂和壓碎前均為線性的應力應變關系,而開裂和壓碎后采用其給出的本構關系。此時,混凝土材料需要輸入9個參數:裂縫開裂時剪切傳遞系數（ShrCf-Op）、裂縫閉合時剪切傳遞系數（ShrCf-C1）、單軸抗拉強度(UnTensSt)、單軸抗壓強度(UnCompSt)、雙軸抗壓強度(BiCompSt)、靜水壓力(HydroPrs)、靜水壓力下雙軸極限抗壓強度(BiCompSt)、靜水壓力下單軸極限抗壓強度(UnTensSt)及斷裂時拉應力折減系數(Ten-CrFac)。其中,張開裂縫剪切傳遞系數的取值:一般梁取0.5,深梁取0.25。閉合裂縫的剪切傳遞系數取值范圍為0.9~1.0。前4個參數必須輸入,第5~8個可以不輸入,
但如果輸入其中一個就要全部輸入。最后一個參數程序默認值為016,在計算中可根據程序的收斂情況適當調整以加速收斂。當混凝土的單軸抗壓強度設為-1時,不考慮混凝土的壓碎。在實際求解分析時,一般還要用tb, miso定義混凝土的應力應變關系,以確定屈服準則、流動準則、硬化準則等。
3.2 非線性求解的收斂問題
利用ANSYS進行鋼筋混凝土非線性計算,混凝土開裂前程序比較容易收斂,但當混凝土開裂后隨著荷載的增大程序收斂就變得越來越困難。影響鋼筋混凝土非線性計算收斂的主要因素有:網格密度、單元尺寸、子步數、收斂準則、求解設置等。
(1)網格及單元尺寸。網格質量的好壞將影響到計算精度。直觀上看,網格各邊或各個內角相差不大,網格面不過分扭曲,邊節點位于邊界等分點附近的網格質量較好。劃分密度適當的網格,這樣便于收斂。基于最大開裂應力準則可知,單元越細,應力集中越嚴重,開裂越早,因
此在容易出現應力集中的部位要避免過小單元的出現。此外,六面體單元一般比四面體的單元計算要穩定且收斂性好。
展開 預應力鋼筋混凝土板的非線性分析（原創案例賞析，如轉載，請注明出處）
分析類型：預應力鋼筋混凝土板的非線性分析
分析平臺：ANSYS17
技術難點：預應力的施加 混凝土開裂后的下降段加載分析
關鍵詞：鋼筋混凝土 預應力 極限載荷 開裂載荷 載荷位移曲線
完成人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
技術背景：獲得預應力鋼筋混凝土板的載荷位移曲線，包括開裂載荷，極限載荷
工程意義：鋼筋混凝土
研究對象：鋼筋混凝土板
模擬過程：四點彎曲加載
代做業務：土木工程的鋼結構分析，鋼筋砼結構分析，地震作用下的耗能/滯回曲線分析，其他分析
圖1 鋼筋混凝土板模型
下部有受拉鋼筋，為預應力鋼筋。
圖2 有限元模型
能看出不一樣嗎？采用rbe3命令來進行分配加載的哦
圖3 具有漂亮對稱性的位移結果
圖4 完美的裂紋圖
圖5 載荷位移曲線
非常漂亮的載荷位移曲線，注意混凝土開裂后以及鋼筋屈服后的載荷下降，好幾個階段，想要計算出漂亮的下降段記得找我。
圖6 整齊規范的APDL命令
采用整齊規范的APDL命令流實現，so easy！！
展開 Abaqus混凝土梁三點彎曲開裂模擬基于隨機多邊形骨料及界面過渡區模型
在細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展規律。本案例建立包含隨機多邊形粗骨料、界面過渡區（ITZ）及水泥砂漿在內的細觀混凝土梁二維模型，對混凝土梁在三點彎曲工況下進行有限元模擬，展示混凝土梁跨中部位的裂縫發展情況。
在Abaqus CAE軟件內，采用AbyssFish RandomPolygon2D V2.0插件建立多邊形粗骨料、實體界面過渡區、水泥砂漿三部件混凝土細觀模型。由于只考慮梁的跨中開裂情況，為了簡化模型的復雜度，這里只建立了跨中部分的細觀混凝土模型。
為實現長方形梁模型，手動建立長方形部件，并與插件建立的細觀混凝土模型裝配為整體，并進行相應的材料指派。
建立梁支座，并將下部支座設置為固定約束，跨中添加豎直向下的位移，進行混凝土梁的三點彎曲試驗模擬。
對模型進行網格劃分，跨中部分適當加密網格。
創建作業提交分析并查看結果。
展開 基于abaqus的鋼筋混凝土簡支梁三分點加載 ￥50
本模型時用abaqus做的鋼筋混凝土簡支梁三分點位移加載模型，模型介紹如下：混凝土保護層厚度為25mm（最外側鋼筋），箍筋直徑10mm，加密區/非加密區間距100mm/200mm；鋼筋強度等級HRB400，混凝土強度等級C30。采用三分點位移加載方法，分析極限承載力和破壞模式。梁的截面尺寸為350x700mm
梁的跨度為8700mm，梁底縱筋為4根直徑20+4根直徑25的三級鋼。得到的荷載位移曲線，從曲線上可以看到曲線呈現出非常明顯的三階段受力特點，分別對應于混凝土未開裂前的未裂階段，混凝土開裂后至普通縱筋屈服前的裂縫階段以及普通縱筋開始屈服至截面破壞的破壞階段。從曲線中還可以看出該梁的開裂荷載，屈服荷載和極限荷載。下圖為模型有限元附圖，concrete和鋼筋的本構設置，荷載位移曲線以及鋼筋和混凝土的后處理部分。附件只有一個鋼筋混凝土簡支梁三分點加載有限元cae模型。
展開 ABAQUS中帶預制裂縫XFEM的纖維混凝土開裂-纖維帶取向度 ￥300
ABAQUS中帶預制裂縫XFEM的纖維混凝土開裂-纖維帶取向度（隨機、水平、垂直、特定取向度）
亮點：纖維的隨機分布角度對纖維混合基體整體性能的影響
開展帶預制裂縫的隨機亂向鋼纖維混凝土（SFRC）和定向鋼纖維混凝土(ASFRC)試件的三點彎曲靜載斷裂試驗。試件幾何尺寸如圖2.3所示，試件實際跨距L = 440 mm，試驗加載支座范圍內有效跨距S = 400 mm，梁寬B = 100 mm，梁高D = 100 mm，跨中初始裂縫長度a0 = 40 mm，縫寬為2 mm。
《Engineering Failure Analysis》：混凝土保護層銹脹開裂細觀力學模擬
作者所建立的不同保護層厚度下鋼筋混凝土細觀數值模型如圖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%，保護層厚度分別為20-40mm。
圖1 不同保護層厚度下的鋼筋混凝土細觀模型
不同保護層厚度下混凝土保護層的開裂模式如圖2所示，其中（a）~（d）為各細觀模型對應的混凝土宏觀模型，可以看出宏觀和細觀模型的開裂形態差別很大，宏觀模型下保護層的銹脹裂縫（損傷）呈現出連續的區域性分布，而在細觀模型下由于骨料的阻礙作用和界面區的薄弱性，銹脹裂縫呈現分散的形態，而且分布裂縫長度也較宏觀模型要長。
圖2 混凝土保護層宏觀模型和細觀模型銹脹開裂形態對比
作者對每組保護層厚度的鋼筋混凝土試件建立了8個不同骨料分布的數值模型，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層銹脹開裂力學反應有影響。
圖3 各保護層厚度不同骨料分布下的銹脹力-徑向壓力曲線
角部鋼筋的保護層銹脹開裂模擬結果如圖4所示，可以看出，角部鋼筋處保護層的開裂形態與中部鋼筋有明顯不同，出現了混凝土角狀脫落的現象，相較于中部鋼筋情形更加危險。
圖4 角部鋼筋混凝土保護層開裂形態
原始文獻：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 
ABAQUS二維混凝土細觀模型的數字化重建技術(二)圖像映射
上篇文章介紹了基于圖像進行混凝土細觀模型的幾何重構法，詳細步驟可查看下面的連接。
ABAQUS二維混凝土細觀模型的數字化重建技術(一)幾何重構
https://www.yqgqt.org.cn/post/1990726
本篇介紹二維混凝土細觀模型在ABAQUS中數字化重建技術的第二種方法——基于ABAQUS背景網格的圖像映射方法。混凝土圖像前處理部分與第一種方案一致，這里不多做贅述，將處理完成的混凝土圖像通過ABAQUS Image To Part 2D插件進行導入，導入時縮放比例參數（Scaling）設置為0.3，可將分辨率為500×500 px的圖像建立尺寸為150×150 mm的試件模型（0.3 = 150/500）。模型建立后采用EasyCDP Mortar&ITZ插件設置混凝土損傷塑性材料參數，本案例不考慮骨料的損傷破壞。
設置分析步、載荷后建立作業，并在提交作業前采用ABAQUS CDED插件設置混凝土開裂。
提交作業完成模擬分析。
展開 混凝土強度不足，原因竟然如此簡單？
這些體積變化若在混凝土硬化后產生，都會破壞水泥結構，大多數導致混凝土開裂，同時也降低了混凝土強度。尤其需要注意的是有些安定性不合格的水泥所配制的混凝土表面雖無明顯裂縫，但強度極度低下。
2、骨料（砂、石）質量不良
1）石子強度低：
在有些混凝土試塊試壓中，可見不少石子被壓碎，說明石子強度低于混凝土的強度，導致混凝土實際強度下降。
2）石子體積穩定性差：
有些由多孔燧石、頁巖、帶有膨脹黏土的石灰巖等制成的碎石，在干濕交替或凍融循環作用下，常表現為體積穩定性差，而導致混凝土強度下降。
3）石子形狀與表面狀態不良：
針片狀石子含量高影響混凝土強度。而石子具有粗糙的和多孔的表面，因與水泥結合較好，而對混凝土強度產生有利的影響，尤其是抗彎和抗拉強度。最普通的一個現象是在水泥和水灰比相同的條件下，碎石混凝土比卵石混凝土的強度高10%左右。
4）骨料（尤其是砂）中有機雜質含量高：
如骨料中含腐爛動植物等有機雜質（主要是鞣酸及其衍生物），對水泥水化產生不利影響，而使混凝土強度下降。
展開 一維單元模擬混凝土構件開裂的解決方案
一、算例背景及分析技術
鋼筋混凝土結構開裂是廣泛存在的現象，準確的說從鋼筋混凝土結構服役開始就進入帶裂工作狀態，只是這種裂縫肉眼難以辨別并且對結構安全沒有影響。但裂縫作為鋼筋混凝土構件工作狀態的重要表征指標，是結構損傷的表現，也許是破壞的先兆，也許是耐久
性不足的預警，更是災后調查和受力機理揭示的重要線索，見圖1。
圖1 鋼筋混凝土結構裂縫
本案例使用ABAQUS對一根鋼筋混凝土受拉構件進行裂縫估算分析，根據鋼筋應力狀態計算等效裂縫寬度，并采用Python腳本在ODB結果文件中創建裂縫場變量，實現在ABAQUS中使用一維單元進行快速分析，并在后處理模塊 顯示等效裂縫寬度的目標。
案例涉及的相關技術：
①ABAQUS梁單元Rebar積分點插入；
②利用Python腳本提取ABAQUS場變量數據；
③利用Python腳本創建ABAQUS場變量數據。
計算報告編寫采用操作引導式，希望能為讀者使用ABAUQS場變量創建提供有益參考。操作分析要點為：
①ABAQUSABAQUS梁單元Rebar積分點插入；
②ABAQUS場變量輸出Python腳本getSubset()函數應用；
③ABAQUS場變量編輯Python腳本addData()()函數應用。
二、計算任務
1.模型裝配及接觸連接
計算模型取自《混凝土結構：混凝土結構設計原理》（第六版）習題8-3。
計算模型為鋼筋混凝土屋架下弦按軸心受拉構件，見圖2。模型只包含1個part。截面寬200mm，截面高160mm。因為案例模型較為簡單，混凝土梁采用B21單元模擬，鋼筋通過在與混凝土單元共節點建立鋼筋箱型截面單元實現。
展開 澳大利亞迪肯大學研發能使混凝土結構更耐用的復合材料鋼筋
雖然許多人可能會認為橋梁等混凝土結構幾十年來一直無需養護，但實則不然。澳大利亞迪肯大學一種實驗性的新型螺紋復合材料鋼筋可能會徹底改變鋼筋混凝土每隔一段時間需要進行維護和修復這一現實。
鳳凰高溫環氧樹脂膠粘劑https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48345.html
傳統鋼筋在混凝土結構中起到支撐作用。隨著時間的推移，鋼材發生銹蝕，比原來的未腐蝕的鋼筋占據更多的空間。生銹的鋼筋作用于周圍的混凝土，從主結構上脫落，是導致混凝土開裂和剝落的主要原因。
鋼筋混凝土結構通常需要每五年左右進行一次維護，并且每20年進行一次重大修復。澳大利亞迪肯大學土木工程講師Mahbube Subhani博士和Kazem Ghabraie博士為改善這一狀況，研發出一種由碳纖維和玻璃纖維增強聚合物制成的不生銹的鋼筋。
據報道，該新材料鋼筋比普通鋼制成的傳統鋼筋更堅固，其重量只是增強鋼螺紋鋼筋的五分之一。并且只需要四分之一的能量來生產。這種新材料鋼筋即將被用于澳大利亞吉朗市的人行天橋建設。
“我們用碳纖維和玻璃纖維增強聚合物取代了傳統混凝土鋼筋”Subhani表示，“一旦橋梁建成，這座橋在整個設計使用年限內不需要任何維護。”
此外，在混凝土中摻入煤燃燒獲得的飛灰，比單獨使用水泥制造混凝土更具減排效果，水泥生產是人造二氧化碳排放的主要來源之一。迪肯大學研究人員還進行了用廢玻璃作骨料的環保型混凝土的開發。
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