混凝土材料的案例
吃了納米材料的混凝土，會(huì)變成什么樣？
二氧化硅氣凝膠
處于納米尺度的納米 CaCO3 由于自身惰性，基本不會(huì)與混凝土體系發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但能極大地提升摻有納米 CaCO3混凝土拌合物諸如黏聚性和保水性等和易性，而且納米CaCO3 來源廣泛，價(jià)格低廉，因此，納米CaCO3 有可能成為在混凝土建筑中大量應(yīng)用的納米材料，基于納米CaCO3 的納米混凝土也得到有效推廣。
納米材料的摻入一方面能提高水泥混凝土材料的機(jī)械性能，降低相應(yīng)混凝土內(nèi)部變形及裂縫的開展；另一方面可顯著增強(qiáng)水泥混凝土材料的物理性能，譬如耐磨耗性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、壓阻智能性、阻尼自增強(qiáng)性等，使水泥混凝土基材料向高性能和多功能方向發(fā)展。然而，還有很多納米材料在混凝土中的性能還尚未開 發(fā)，且多種納米材料在混凝土中復(fù)摻方法及效能的相關(guān)研究還很少。不難預(yù)計(jì)，隨著納米材料科技的飛速發(fā)展，納米材料及納米混凝土的研究將持續(xù)成為國內(nèi)外混凝土材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，從而使混凝土行業(yè)得到更好的發(fā)展。
來源：同濟(jì)可持續(xù)混凝土、今日頭條
展開 基于ABAQUS的混凝土損傷本構(gòu)模型與LSDYNA的JHC本構(gòu)模型分析與研究
1問題引出的意義
在土木行業(yè)中，鋼筋混凝土框架仿真模型是一種有限元重要仿真分析模型，基于混凝土框架結(jié)果的模型和分析有助于我們更好了解實(shí)際生產(chǎn)中的混凝土框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)行為，諸如框架的彈塑性變形、框架的損傷甚至框架的破壞失效。我們知道一個(gè)有限元模型的準(zhǔn)確性與模擬材料的本構(gòu)模型選取之間具有不可分割的直接關(guān)系，那么就有必要對常見描述混凝土材料的本構(gòu)模型進(jìn)行對比分析，這也是本案例實(shí)施的意義所在。
2研究問題描述
基于上述對混凝土本構(gòu)模型的思考及筆者使用聯(lián)合仿真的經(jīng)驗(yàn)，對基于ABAQUS的非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則混凝土損傷模型與基于ANSYS/LSDYNA軟件的JHC本構(gòu)模型進(jìn)行了理論上的分析，分別通過ABAQUS軟件建立了混凝土框架模型并使用對應(yīng)損傷模型、使用LSDYNA建立混凝土材料的JHC模型，最后對比觀察材料的損傷分布效果。
3混凝土損傷本構(gòu)模型分析
3.1基于ABAQUS的非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則的混凝土損傷模型
在ABAQUS中，創(chuàng)建混凝土材料的本構(gòu)模型是通過工具箱中的create material命令進(jìn)行的。模型首先定義混凝土的基本彈性屬性，主要是彈性模量、泊松比、密度。之后再定義混凝土損傷塑性塑性，主要是膨脹角、塑性勢偏移量、雙軸受壓初始屈服應(yīng)力與單軸受壓初始屈服應(yīng)力比值、K值、黏度系數(shù)五個(gè)參數(shù)。這些參數(shù)通過查閱《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》均可以得到準(zhǔn)確的參數(shù)值。最后通過定義混凝土損傷系數(shù)完成整個(gè)混凝土本構(gòu)模型的建立，綜上，得出的混凝土材料的本構(gòu)參數(shù)如表1所示。本文以已經(jīng)建立的鋼筋混凝土框架模型為例，在ABAQUS中對其進(jìn)行混凝土材料本構(gòu)參數(shù)的操作如圖1所示。
展開 華南理工大學(xué)研究人員在混凝土防護(hù)材料方面取得突破：滲入固結(jié)型高分子材料
華南理工大學(xué)“海洋工程材料”團(tuán)隊(duì)研制出了滲入固結(jié)型混凝土防護(hù)材料：與傳統(tǒng)的防護(hù)涂料相比，該材料具有優(yōu)異的滲入-固結(jié)性能，能夠滲入混凝土小到納米級的孔隙中并原位固化交聯(lián)，從而消除混凝土多孔介質(zhì)所形成的毛細(xì)管、孔隙與微裂縫，使混凝土的防護(hù)層厚度從幾十微米提高至幾毫米，進(jìn)而使混凝土具有優(yōu)異的抗?jié)B防腐增強(qiáng)功能。
混凝土已廣泛應(yīng)用于水電大壩、跨海橋梁、沿海工程、島礁建設(shè)中。然而混凝土具有多孔結(jié)構(gòu)，水和離子可通過其孔隙，滲入其內(nèi)部，對其造成腐蝕。混凝土也是一種脆性材料，在應(yīng)力的作用下，混凝土容易開裂失效，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失及嚴(yán)重的安全隱患。因此，混凝土防護(hù)是一個(gè)關(guān)系到國計(jì)民生和工業(yè)建設(shè)的重要問題，發(fā)展高性能混凝土防護(hù)材料是延長混凝土使用壽命的重要方向。
涂層防護(hù)是混凝土防護(hù)中最有效的防護(hù)方法之一。然而，傳統(tǒng)混凝土防護(hù)材料不具有滲入性，僅在混凝土表面形成涂層，由于涂層與混凝土是相互獨(dú)立的兩相，在各種因素的影響之下，兩相界面失效，涂層容易在混凝土表面起皮剝落。同時(shí)，幾十至幾百微米厚的表面防護(hù)層防護(hù)能力有限，一旦被腐蝕因子破壞，混凝土結(jié)構(gòu)迅速腐蝕，無法滿足嚴(yán)酷服役環(huán)境下的防護(hù)要求。
華南理工大學(xué)“海洋工程材料”團(tuán)隊(duì)長期從事混凝土防護(hù)材料的研究，在混凝土防腐、防水、加固、修復(fù)方面開展了大量工作。最近，他們研制了系列滲入固結(jié)型混凝土防護(hù)材料。該材料具有優(yōu)異的滲入-固結(jié)性能，能夠滲入混凝土小到納米級的孔隙中并原位固化交聯(lián)。
展開 混凝土材料強(qiáng)度換算
今天要跟大家分享的是混凝土材料強(qiáng)度換算的 一個(gè)excel表格，這個(gè)表格根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算模擬得到。具體使用可免費(fèi)下載文末表格觀看操作步驟研究或觀看本人主頁視頻學(xué)習(xí)。
本表格適用于C15-C80級混凝土
表中紅色區(qū)域?yàn)檩斎雲(yún)^(qū)，如果同學(xué)們有試驗(yàn)，可以通過在修改上表的紅色區(qū)域（即混凝土立方體抗壓強(qiáng)度fcu,k和變異系數(shù)δ），而后回車得到其他轉(zhuǎn)換值！具體如下圖所示：
3.如果同學(xué)們沒有試驗(yàn)，下表中的變異系數(shù)δ是根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中各個(gè)強(qiáng)度等級的混凝土擬合得到（算是取巧的方法），則可以只修改上表的混凝土強(qiáng)度等級fcu,k，而后觀察下表數(shù)值即可?。如下圖所示?：
4.通過對以上數(shù)值的輸入，而后回車，同學(xué)們就可以得到對應(yīng)等級的混凝土材料的強(qiáng)度換算結(jié)果，其中包括?：混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（fck），混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（ftk），混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（fc），混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（ft），混凝土彈性模量（Ec）。
5.如果同學(xué)們沒有混凝土強(qiáng)度等級fcu,k，只有抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等，則可以通過不斷修改混凝土強(qiáng)度等級來靠近已知的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，從而得到對應(yīng)的?強(qiáng)度等級。
最后，食詩吃詞這個(gè)賬號兩年半了，感謝大家的信任與支持，食詩吃詞在此叩謝！
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展開 
強(qiáng)震區(qū)跨斷層隧道纖維混凝土襯砌抗震效果分析
2）由主應(yīng)力分析可得，相較于二襯結(jié)構(gòu)采用素混凝土材料，采用纖維混凝土材料后其主應(yīng)力有所增大。當(dāng)二襯結(jié)構(gòu)采用SFRC時(shí)最大、最小主應(yīng)力分別增大了26.14%，19.77%；當(dāng)二襯結(jié)構(gòu)采用SBHFRC時(shí)，最大、最小主應(yīng)力分別增大了3.33%，2.17%。
3）由剪切應(yīng)力分析可得，相較于二襯結(jié)構(gòu)采用素混凝土材料，采用纖維混凝土后其最大剪切應(yīng)力有所增大。當(dāng)二襯結(jié)構(gòu)采用SFRC時(shí)，其最大剪切應(yīng)力提高了20.91%；當(dāng)二襯結(jié)構(gòu)采用SBHFRC時(shí)，其最大剪切應(yīng)力提高了2.32%。
4）由結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)分析可得，相較于二襯結(jié)構(gòu)采用素混凝土材料，當(dāng)采用纖維混凝土二襯結(jié)構(gòu)后安全系數(shù)有明顯提升，SFRC襯砌抗震效果增值在45.47%~59.72%之間，SBHFRC襯砌抗震效果增值在49.69%~54.74%之間。
展開 ABAQUS分析參數(shù)設(shè)置對混凝土結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的影響
采用一維梁單元模擬混凝土梁壓彎試驗(yàn)，因?yàn)槭芾?em>混凝土材料手拉開裂容易產(chǎn)生模型節(jié)點(diǎn)分析受力不平衡導(dǎo)致分析終止。針對混凝土材料特性，如果在默認(rèn)設(shè)置的基礎(chǔ)上略微調(diào)整分析設(shè)置參數(shù)，可能會(huì)明顯提高計(jì)算收斂性，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。下圖是混凝土梁分析參數(shù)調(diào)整的情況，和對分析結(jié)果的影響，希望能拋磚引玉。
調(diào)整前
*Boundary,amplitude=Cyclic
Load, 1, 1, -2000.
*Output, field
*Node Output
U,
調(diào)整后
*Boundary,amplitude=Cyclic
Load, 1, 1, -2000.
*Controls, ANALYSIS=DISCONTINUOUS
*Controls, reset
*Controls, parameters=line search
5, , , , 0.15
*Controls, parameters=field, field=displacement
0.05, 0.05
*Output, field
*Node Output
U,
調(diào)整參數(shù)含義：
①最大線性搜索步數(shù)設(shè)為5（即使用擬牛頓法）；
②線性搜索修正系數(shù)設(shè)為0.15；
③不平衡力與當(dāng)前平衡力范數(shù)容許比調(diào)整為0.05；
④最大修正值與對應(yīng)的增量值的容許比值調(diào)整為0.05；
結(jié)論：調(diào)整分析設(shè)置參數(shù)后模擬的終止加載力明顯增大。調(diào)整之前提前結(jié)束加載是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)不平衡力超出容許值引起的。但對于混凝土材料來講，應(yīng)變積累導(dǎo)致突然的允許應(yīng)力下降，極易引起節(jié)點(diǎn)不平衡力增加，導(dǎo)致分析進(jìn)程結(jié)束。如果在允許范圍內(nèi)提高節(jié)點(diǎn)不平衡力容許范圍，則可以明顯增加加載幅度，達(dá)到預(yù)定分析目標(biāo)。
展開 綜述：混凝土3D打印技術(shù)的研究與發(fā)展
導(dǎo)讀：近年來,混凝土3D打印技術(shù)在土木建筑等領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展和應(yīng)用。混凝土作為當(dāng)代建筑用量最大、范圍最廣、最經(jīng)濟(jì)的建筑材料，雖然只有不到 200 年的歷史，卻已成為當(dāng)今世界使用量巨大的建筑工程材料，為人類社會(huì)的發(fā)展與前進(jìn)做出了不可取代的貢獻(xiàn)。然而隨著工程建設(shè)的不斷加快，混凝土在生產(chǎn)應(yīng)用方面的高能耗、高污染的弊端也逐漸顯露出來，嚴(yán)重阻礙了其發(fā)展。為適應(yīng)綠色制造發(fā)展需求，混凝土需要不斷地注入新鮮的血液。3D 打印（3D-printing）作為第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志，廣泛應(yīng)用于各個(gè)研究領(lǐng)域，對傳統(tǒng)社會(huì)生產(chǎn)產(chǎn)生巨大沖擊，成為改變未來的創(chuàng)造性技術(shù)。以 3D 打印為基礎(chǔ)的 3D 打印混凝土技術(shù)作為一種新型技術(shù)，必將成為混凝土發(fā)展史上的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
3D 建筑打印技術(shù)是“快速成型技術(shù)”（rapidprototy-ping，簡稱 RP）的一種，是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，以膠凝材料、摻合料、添加劑、特種纖維、骨料為主制成的特殊“油墨”，運(yùn)用計(jì)算機(jī)制圖將建筑模型轉(zhuǎn)化為三維設(shè)計(jì)圖后，通過分層加工、疊加成型的方式逐層增加材料來將建筑物打印建造出來的技術(shù)。20 世紀(jì) 90 年代，美國學(xué)者Pegna最早將水泥基材料用于 3D 打印，通過砂漿逐層累積并利用蒸養(yǎng)快速固化的方式，打印出混凝土（砂漿）結(jié)構(gòu)。經(jīng)過近 30 年的發(fā)展，混凝土 3D 打印技術(shù)已能夠完成混凝土制品和結(jié)構(gòu)的打印，并打印低層房屋。
3D 打印混凝土基材材料的選取
1) 膠凝材料
目前，3D 打印混凝土膠凝材料主要是以無機(jī)材料為主，如硅酸鹽水泥、干混砂漿、黏土類、專用石膏材料等，也有以環(huán)氧樹脂為主要代表的有機(jī)材料。
展開 混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線繪圖軟件 混凝土本構(gòu)關(guān)系 ￥196
根據(jù)附錄C.2.1節(jié)，混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度的平均值由下列公式計(jì)算：
其中混凝土強(qiáng)度的變異系數(shù)依據(jù)附錄C.2.1節(jié)中的表2取用。
混凝土材料的彈性模量根據(jù)4.1.5節(jié)以其強(qiáng)度等級值按照下列公式計(jì)算：
由附錄C.2.2節(jié)，混凝土本構(gòu)模型適用于混凝土強(qiáng)度等級C20~C80；混凝土質(zhì)量密度2200kg/m3~2400 kg/m3;正常溫度、濕度環(huán)境；正常加載速度等條件。現(xiàn)有混凝土的強(qiáng)度和應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系大都是基于正常環(huán)境下的短期試驗(yàn)結(jié)果。若結(jié)構(gòu)混凝土的材料種類、環(huán)境和受力條件等與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件相差懸殊，則其強(qiáng)度和本構(gòu)關(guān)系都將發(fā)生不同程度的變化。例如，采用輕混凝土或重混凝土、全級配或大骨料的大體積混凝土、齡期變化、高溫、截面非均勻受力、荷載長期持續(xù)作用、快速加載或沖擊荷載作用等情況，均應(yīng)自行試驗(yàn)測定，或參考有關(guān)文獻(xiàn)作相應(yīng)的修正。
軟件功能
參數(shù)模式可選擇“標(biāo)準(zhǔn)”、“專業(yè)”兩種模式。當(dāng)選擇“標(biāo)準(zhǔn)”參數(shù)模式時(shí)，僅需要設(shè)置混凝土“強(qiáng)度等級”及“強(qiáng)度代表值”參數(shù)即可繪制依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算的單軸受壓/受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線；當(dāng)選擇“專業(yè)”參數(shù)模式時(shí)，需自行指定插件中的所有參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
強(qiáng)度等級參數(shù)可選擇C15~C80之間的混凝土強(qiáng)度等級。但由于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》在2024局部修訂版本中刪除了C15強(qiáng)度等級的相關(guān)規(guī)定，且在附錄C.2.2節(jié)中規(guī)定混凝土本構(gòu)模型適用的混凝土強(qiáng)度等級為C20~C80，因此不建議采用本軟件在標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)模式下生成的抗壓強(qiáng)度低于20MPa的混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線。
展開 綜述：混凝土3D打印技術(shù)的研究與發(fā)展
導(dǎo)讀：近年來,混凝土3D打印技術(shù)在土木建筑等領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展和應(yīng)用。混凝土作為當(dāng)代建筑用量最大、范圍最廣、最經(jīng)濟(jì)的建筑材料，雖然只有不到 200 年的歷史，卻已成為當(dāng)今世界使用量巨大的建筑工程材料，為人類社會(huì)的發(fā)展與前進(jìn)做出了不可取代的貢獻(xiàn)。然而隨著工程建設(shè)的不斷加快，混凝土在生產(chǎn)應(yīng)用方面的高能耗、高污染的弊端也逐漸顯露出來，嚴(yán)重阻礙了其發(fā)展。為適應(yīng)綠色制造發(fā)展需求，混凝土需要不斷地注入新鮮的血液。3D 打印（3D-printing）作為第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志，廣泛應(yīng)用于各個(gè)研究領(lǐng)域，對傳統(tǒng)社會(huì)生產(chǎn)產(chǎn)生巨大沖擊，成為改變未來的創(chuàng)造性技術(shù)。以 3D 打印為基礎(chǔ)的 3D 打印混凝土技術(shù)作為一種新型技術(shù)，必將成為混凝土發(fā)展史上的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
3D 建筑打印技術(shù)是“快速成型技術(shù)”（rapidprototy-ping，簡稱 RP）的一種，是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，以膠凝材料、摻合料、添加劑、特種纖維、骨料為主制成的特殊“油墨”，運(yùn)用計(jì)算機(jī)制圖將建筑模型轉(zhuǎn)化為三維設(shè)計(jì)圖后，通過分層加工、疊加成型的方式逐層增加材料來將建筑物打印建造出來的技術(shù)。20 世紀(jì) 90 年代，美國學(xué)者Pegna最早將水泥基材料用于 3D 打印，通過砂漿逐層累積并利用蒸養(yǎng)快速固化的方式，打印出混凝土（砂漿）結(jié)構(gòu)。經(jīng)過近 30 年的發(fā)展，混凝土 3D 打印技術(shù)已能夠完成混凝土制品和結(jié)構(gòu)的打印，并打印低層房屋。
3D 打印混凝土基材材料的選取
1) 膠凝材料
目前，3D 打印混凝土膠凝材料主要是以無機(jī)材料為主，如硅酸鹽水泥、干混砂漿、黏土類、專用石膏材料等，也有以環(huán)氧樹脂為主要代表的有機(jī)材料。
展開 轉(zhuǎn)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元在ANSYS中的分析
3.2混凝土的破壞準(zhǔn)則和本構(gòu)關(guān)系
混疑土的開裂和壓碎是由破壞曲面決定的,ANSYS中使川的是w一w五參數(shù)破壞準(zhǔn)則和最人拉應(yīng)力準(zhǔn)則的組合模式,根據(jù)不同的拉壓應(yīng)力分區(qū)分別采用。這種組合模式能較好的反映從高到低靜水壓力下的破壞特性,一旦應(yīng)力狀態(tài)超出了破壞曲面,應(yīng)力立即降低為零(Crushing模型)。
ANSYS中默認(rèn)的混凝土的本構(gòu)關(guān)系是線彈性的,即在達(dá)到破壞曲面以前的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系為線彈性。這并不符合實(shí)際,因?yàn)樵谳^低的應(yīng)力下混凝土也會(huì)表現(xiàn)出明顯的非線性。ANSYS中提供了大量基于經(jīng)典材料力學(xué)理論的本構(gòu)模型,其中多線型隨動(dòng)強(qiáng)化模型在合理選擇參數(shù)以后較為接近混凝土模型。該模型可以描述下降段,反映混凝土的軟化。也可以通過合理選用參數(shù)值來調(diào)整本構(gòu)模型曲線,模擬材料的“包興格效應(yīng)”。但是,該模型還不足以反映混凝土特性。由于混凝土的抗壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗拉,所以無法通過調(diào)整參數(shù)組合出混凝土完整的曲線。再則,由于該模型是基于金屬的,具有較好的延性,無法反映混凝土材料滯回曲線的捏攏效應(yīng).同時(shí),該模型也無法反映混凝土壓碎和開裂以后退出工作的特性。因此該模型不足以完整描
述混凝土的特性,只能在一定范圍內(nèi)描述混凝土的特性。在ANSYS中,多線型隨動(dòng)強(qiáng)化模型有Mkin和Kinh兩種,Kinh比Mkin更好一些,因?yàn)镵inh允許用戶定義更多的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線(針對不同溫度的特性),并且每條曲線上允許定義更多的點(diǎn)。對于這兩種模型,如果用戶定義了多于一條的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線,則每條曲線上應(yīng)包含相同數(shù)目.
3 鋼筋混凝土非線性有限元求解注意事項(xiàng)
3.1 混凝土各參數(shù)的設(shè)定
在ANSYS中,混凝土材料采用tb, concr, matnum則只是定義了W-W破壞準(zhǔn)則和缺省的本構(gòu)關(guān)系,而非屈服準(zhǔn)則。W-W破壞準(zhǔn)則是用于檢驗(yàn)混凝土開裂和壓碎用的,而混凝土的塑性可以另外考慮。
展開 混凝土塑性損傷本構(gòu)模型-Matlab代碼 ￥50
損傷因子的計(jì)算參照Sidiroff的能量等價(jià)原理，主要應(yīng)用于ABAQUS中混凝土材料屬性中塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和損傷因子的取值。下載包中還自帶規(guī)范PDF完整版。
如有需求，本人可提供相關(guān)abaqus技術(shù)指導(dǎo)。
下圖為利用本代碼所計(jì)算得出的C40標(biāo)號混凝土材料受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線以及損傷因子曲線：
基于ABAQUS的CFRP加固鋼筋混凝土柱承載能力分析
基于ABAQUS的CFRP加固鋼筋混凝土柱承載能力分析
1. 研究背景
隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力快速發(fā)展與國家競爭力迅速提高，尤其是‘一帶一路’倡議與‘海洋開發(fā)戰(zhàn)略’實(shí)施，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正逐步?jīng)_破東部地區(qū)的狹長地帶，不斷擴(kuò)展至更加廣闊的海洋與西部地區(qū)。混凝土結(jié)構(gòu)作為土木工程中最常用的結(jié)構(gòu)形式，在房屋建筑、橋梁、隧道、礦井、水利、海港等工程中的應(yīng)用非常廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年我國高速鐵路里程將達(dá)到3萬km，水力發(fā)電將達(dá)到3.2x108kW，高速公路將達(dá)到7萬km，核電裝機(jī)容量將達(dá)到5800kW。混凝土材料與結(jié)構(gòu)是這些重大基礎(chǔ)設(shè)施的主體，圖1中列出國內(nèi)幾項(xiàng)重大基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的混凝土總用量[1,2]。
圖1 國內(nèi)部分大型工程混凝土用量 （單位:m3）
但重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施向海洋、西部拓展，海洋的波浪、潮汐、鹽霧，加之高溫（冰凍）、高濕環(huán)境；西部的干熱、干冷，多風(fēng)環(huán)境，尤其是海洋和西部鹽漬土地區(qū)高濃度的氯離子與硫酸根離子的腐蝕作用（圖2），對重大基礎(chǔ)設(shè)施鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這就對混凝土材料的性能提出更高的要求，同時(shí)也迫切需要找到一種新材料來延長混凝土材料和結(jié)構(gòu)的長期耐久性。
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常暴露在各種環(huán)境下，會(huì)導(dǎo)致材料性能逐漸發(fā)生衰退。從圖2中可以看到，混凝土橋墩的劣化現(xiàn)象已經(jīng)非常嚴(yán)重，亟需對其進(jìn)行加固改造或拆除重建。碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料（CFRP）的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)混凝土在惡劣環(huán)境下的長期耐久性提供一種新的思路。目前，CFRP對既有混凝土結(jié)構(gòu)工程的修復(fù)加固已成為建設(shè)領(lǐng)域中的重要組成部分。
展開 ABAQUS網(wǎng)格大小對混凝土本構(gòu)模型影響的案例分析 附Abaqus混凝土材料模型解讀與參數(shù)設(shè)置 V2
不知道大家在做混凝土的有限元模擬時(shí)有沒有想過一個(gè)問題，我們輸入的混凝土本構(gòu)和模型表現(xiàn)出來的本構(gòu)是一樣的嗎？網(wǎng)格大小又對模型表現(xiàn)出來的本構(gòu)有怎樣的影響呢？
本文就以ABAQUS模擬棱柱體混凝土試塊為例，混凝土強(qiáng)度等級為C110，棱柱體尺寸為100mm*100mm*300mm。（就是我們平常做高強(qiáng)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試塊的尺寸）
模擬數(shù)據(jù)
本文采用受壓本構(gòu)數(shù)據(jù)如下：
本文采用受拉本構(gòu)數(shù)據(jù)如下：
模擬時(shí)網(wǎng)格分別設(shè)為10mm、30mm、50mm和90mm。
加載方式采用在參考點(diǎn)處施加位移的方式，設(shè)置參考點(diǎn)與棱柱體頂面耦合。
邊界條件設(shè)置為與實(shí)際試塊加載的約束條件相同。
模擬結(jié)果
模擬得到的力和位移數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，可以得到應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系曲線，如下圖。
從模擬結(jié)果來看，網(wǎng)格大小確實(shí)對混凝土本構(gòu)有影響。
1，整體趨勢來看，網(wǎng)格越小，混凝土模型表現(xiàn)出的抗壓強(qiáng)度越大，峰值應(yīng)變越小，達(dá)到峰值后承載力下降越快，相當(dāng)于混凝土越脆。
2，網(wǎng)格10mm和網(wǎng)格30mm的本構(gòu)基本完全相同，但10mm網(wǎng)格的計(jì)算時(shí)間是30mm的8倍。因此采用10mm的網(wǎng)格不太經(jīng)濟(jì)。
3，網(wǎng)格10mm和網(wǎng)格30mm的本構(gòu)峰值強(qiáng)度比原始本構(gòu)下降6.6%，網(wǎng)格50mm的下降了10.5%，網(wǎng)格90mm的下降了11.7%。下降幅度倒是差別不大。
所以網(wǎng)格的大小確實(shí)會(huì)影響模型的響應(yīng)，導(dǎo)致其表現(xiàn)出的本構(gòu)與實(shí)際不同。
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展開 ansys之——在ANSYS如何考慮混凝土
我最近在用ANSYS模擬一個(gè)簡單的梁，混凝土用SOLID65單元，鋼筋用Link8單元（1），采用以下命令流定義：
......
et,1,65,,,,,2,,1
et,2,link8
mp,ex,1,2.134e4
mp,nuxy,1,0.2
TB,CONC,1
TBDATA,,0.3,0.5,2.45,24.5
mp,ex,2,1.914e5
mp,nuxy,2,0.3
TB,BISO,2,1,2,
TBTEMP,0
TBDATA,,662,0,,,,
R,1
R,2,2580/3
........
大致碰到以下幾個(gè)問題：
（1）：混凝土的幾個(gè)參數(shù)，剪切縮減系數(shù)不知如何取值，系數(shù)對結(jié)果有何影響？
（2）：混凝土采用以上定義方式是不是就可以了，需不需要定義屈服準(zhǔn)則，以及輸入
混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線，如何輸入？如以上定義可以，不知道ANSYS是如何定義混凝土的
特性的，因?yàn)槲蚁?em>混凝土種類很多，就用以上幾個(gè)參數(shù)就可以定義嗎？我心里沒有譜；
（3）：采用以上定義，我計(jì)算了一根梁，分為考慮混凝土壓碎和不考慮混凝土壓碎。考慮混凝土壓碎時(shí)，得出的極限荷載比實(shí)際的要小，但混凝土的壓應(yīng)力不超過抗壓強(qiáng)度；不考慮混凝土壓碎，得到的極限荷載較為接近實(shí)際值，但混凝土的最大壓應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其抗壓強(qiáng)度；并且得不到開裂破碎圖。我就不知道，如何得到極限荷載又可以得到開裂破碎圖？
1）：分析混凝土結(jié)構(gòu)，選擇合理的材料特性是建立模型的關(guān)鍵，所以有必要弄清混凝土的材料特性。混凝土是脆性材料,并具有不同的拉伸和壓縮特性。典型混凝土的抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的8％-15%。
展開 混凝土抗拉數(shù)值模擬
當(dāng)鋼桿以一較高的速度沖擊混凝土試件，產(chǎn)生壓縮波，壓縮波在混凝土試件自由端（最右端）反射成拉伸波，在拉伸波的作用下，混凝土被拉斷。我模擬的結(jié)果是，當(dāng)沖擊速度為10m/s(或更大)時(shí)，混凝土試件仍無受拉的裂縫產(chǎn)生，混凝土中的應(yīng)力非常小，靠近混凝土右端的應(yīng)力竟然為0。但如果將混凝土試件換為同幾何尺寸的鋼，則試件中的應(yīng)力較大，可達(dá)MPa級。混凝土材料模型與參數(shù)同上一案例。K文件見附件
117330-la.rar
117328-pl.rar
