混凝土結構的案例
預應力混凝土結構的概念(Prestressed Concrete)
Mccormac et al. (2016) Design of Reinforced Concrete (10th Edition) 671p.
4 配筋混凝土結構的分類
國內通常把全預應力混凝土、部分預應力混凝土和鋼筋混凝土結構總稱為配筋混凝土結構系列。
4.1 國外配筋混凝土結構的分類
I級：全預應力—在全部荷載最不利組合作用下，正截面上混凝土不出現拉應力；
II級：有限預應力—在全部荷載最不利組合作用下，正截面上混凝土允許出現拉應力，但不超過其抗拉強度（即不出現裂縫）；在長期持續荷載作用下，混凝土不出現拉應力；
III級：部分預應力—在全部荷載最不利組合作用下，構件正截面上混凝土允許出現裂縫，但裂縫寬度不超過規定容許值；
IV級：鋼筋混凝土結構。
4.2 國內配筋混凝土結構的分類
根據國內工程習慣，我國對以鋼材為配筋的配筋混凝土結構系列，采用按其預應力度分成全預應力混凝土、部分預應力混凝土和鋼筋混凝土等三種結構的分類方法。
(1) 預應力度的定義
《公路橋規》將受彎構件的預應力度(λ)定義為由預加應力大小確定的消壓彎矩M0與外荷載產生的彎矩Ms的比值，即
(2) 配筋混凝土構件的分類
全預應力混凝土構件——在作用（荷載）短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣不允許出現拉應力(不得消壓)，即λ≥1；
部分預應力混凝土構件——在作用（荷載）短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣出現拉應力或出現不超過規定寬度的裂縫，即1＞ λ ＞0；
鋼筋混凝土構件——不預加應力的混凝土構件，λ =0。
(3) 部分預應力混凝土構件的分類
部分預應力混凝土構件就是指其預應力度介于以全預應力混凝土構件和鋼筋混凝土構件為兩個界限的中間廣闊領域內的預應力混凝土構件。
展開 『分享』鋼筋混凝土結構非線性有限元理論與應用
目 錄：
第一章 緒論
1.1 鋼筋混凝土結構非線性分析的意義
1.2 鋼筋混凝土結構的有限元分析的特點與現狀
1.3 鋼筋混凝土結構有限元分析的發展趨勢
1.4 鋼筋混凝土結構非線性分析中的幾個基本概念
第二章 鋼筋混凝土結構材料的本構關系
2.1 概述
2.2 鋼筋的本構關系
2.3 混凝土的本構關系
2.4 鋼筋與混凝土之間的粘結
第三章 鋼筋混凝土結構有限元分析中的幾種單元
3.1 鋼筋混凝土結構極限元分析計算步驟
3.2 平面單元
3.3 桿系單元
3.4 聯結單元
3.5 鋼筋混凝土結構有限元模型的選擇
第四章 非線性有限元分析的計算方法
4.1 混凝土的開裂與破壞
4.2 有限元非線性方程組的解法
4.3 單元開裂和屈服后的處理
4.4 結構進入負剛度后的處理方法
第五章 鋼筋混凝土構件有限元分析
5.1 按桿系結構進行梁的有限元分析
5.2 鋼筋混凝土構件的荷載—撓度曲線計算
5.3 按平面應力問題進行梁的有限元分析
第六章 鋼筋混凝土框架結構有限元分析
6.1 基本假定與結構簡化
6.2 結構非線性計算模型
6.3 結構有限元非線性分析
第七章 鋼筋混凝土剪力墻結構有限元分析
7.1 概述
7.2 鋼筋混凝土剪力墻非線性有限元分析的基本理論
7.3 鋼筋混凝土剪力墻有限元分析實例
第八章 鋼筋混凝土結構動力有限元分析
8.1 動力分析的基本要求
8.2 動力方程及單元特性
8.3 動力特性的求解方法
8.4 動力反應的求解方法
8.5 動力系統的簡化方法
附錄 A 鋼筋混凝土剪力墻結構非線性有限元分析源程序
附錄 B 鋼筋混凝土構件裂縫及變形圖繪制
參考文獻
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展開 超長混凝土結構收縮應力仿真分析
四、計算條件
在結構組合應力分析中，混凝土終極收縮變形近似取0.00035，混凝土線膨脹系數為1.0×10-5/℃，混凝土彈性模量 取GB 50010-2010規范標準值。混凝土成型收縮變形規律按GB 50010-2010規范附錄K的條文說明確定，施工階段取表4，正常使用階段取表5，其中年平均相對濕度40％≤RH＜70％、理論厚度2A/u統一近似取300mm。
混凝土成型收縮與齡期關系的規范擬合曲線
混凝土的彈性模量與齡期的關系曲線
五、分析模型及過程
《混凝土結構設計規范》GB 50010中第8.1.1條給出鋼筋混凝土結構伸縮縫的最大間距表格，長度超過表中規定的鋼筋混凝土結構伸縮縫的最大間距限值的鋼筋混凝土結構（或者結構單元）為超長混凝土結構。故地下3層為明顯超長的混凝土結構（579.45m×107.50m）。樓板、混凝土墻體采用殼單元，梁柱結構采用梁單元。殼單元采用最大單元尺寸為1.5m網格的有限元模型。
后澆帶鋼筋采用連接單元模擬
地下超長混凝土結構組合應力彈塑性時程分析時選用地下3層整體模型，該模型從下至上由7個澆筑段組成，模擬以下分段澆筑成型順序：1、梁筏基礎→2、地下三層墻柱板→3、地下二層墻柱板→4、地下一層墻柱板→5、所有后澆帶（基礎膨脹帶加強帶按照溫度后澆帶考慮）。計算分析時由下至上依次激活各澆注段結構單元，以考慮先后澆注混凝土收縮變形差的相互影響，也即先成型混凝土對相連后澆注混凝土收縮變形的相對約束。設1-3段澆筑成型用時分別為15d，4段澆筑成型幾等待封堵后澆帶用時共60d，然后統一封堵各層后澆帶，總成型時間控制在500d。故按20天分段澆注混凝土兩個不同的施工時間順序的總成型時間分別為為3×20+60+380＝500天。
展開 高等混凝土結構講義
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鋼筋混凝土結構有限元分析單元類型和分析模型 附混凝土結構有限元分析下載
通常鋼筋混凝土結構有限元分析單元分為兩個層次：桿系單元和實體單元。前者著重分析單元力（包括力和彎矩）與位移（包括位移和轉角）之間的關系，而后者著重分析單元的應力—應變關系。單元類型的選取應兼顧計算規模、材料模型的精度等多方面的因素。對于全結構規模較大，可將結構離散成桿系單元進行分析。對于復雜區域（梁柱節點）或重要的構件等可將桿系結構體系計算的力和位移施加到實體單元模型上，分析局部應力和應變。在結構分析中應盡可能多地采用三維實體單元模型，力求最大程度的真實模擬實際結構構件。
1.鋼筋混凝土結構有限元分析中的模型
鋼筋混凝土結構不同于一般均質材料，它是由鋼筋和混凝土兩種材料構成的，一般鋼筋是被包圍在混凝土之中，而且相對體積較少，因此建立結構有限元模型需考慮這些特性。構成鋼筋混凝土結構的有限元模型主要有以下三類：
1.1 分離式模型
分離式模型把混凝土和鋼筋作為不同的單元來處理，即混凝土和鋼筋各自被劃分為足夠小的單元。考慮到鋼筋是一種細長材料，通常可忽略其橫向抗剪強度。這樣，可以將鋼筋作為線形單元處理（如ANSYS中的link8單元）。混凝土可采用四面體單元等實體單元（如ANSYS中的solid65單元）。在該模型中，鋼筋和混凝土之間可以插入聯結單元來模擬鋼筋和混凝土之間的粘結和滑移，若鋼筋和混凝土之間的粘結很好，不會有相對滑移，則可視為剛性聯結，可以不考慮聯結單元問題。眾所周知，鋼筋混凝土是存在裂縫的(否則鋼筋難以發揮作用)，而開裂必然導致鋼筋和混凝土變形不協調，也就是說必然存在粘結失效和滑移的產生，因此這種模型被廣泛的應用。單元剛度矩陣的推導與一般有限元相同。
1.2 組合式模型
組合式模型是假設鋼筋以一個確定的角度分布在整個單元中，并假設混凝土與鋼筋之間存在著良好的粘結，認為兩者之間無滑移。又分為分層組合方式和帶鋼筋膜的方式等。
展開 鋼筋混凝土結構非線性有限元理論與應用
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鋼筋混凝土結構設計: 第八章(受拉構件的承載力計算)
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 部分預應力混凝土結構的受力特性(Partially Prestressed Concrete)
1 引言
全預應力混凝土(full Prestressed Concrete)結構指構件在作用(或荷載)頻遇組合下控制截面的受拉邊緣不出現拉應力的預應力混凝土結構，其預應力度λ ≥1。部分預應力混凝土(Partially Prestressed Concrete)構件是指其預應力度(λ)介于以全預應力混凝土構件和鋼筋混凝土構件為兩個界限的中間域內的預應力混凝土構件()。通過預應力鋼筋和非預應力鋼筋聯合使用，從而具有預應力和普通鋼筋混凝土的優點. 部分預應力混凝土構件(1＞λ＞0)在作用(荷載)短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣出現拉應力或出現不超過規定寬度的裂縫; 在全部荷載最不利組合作用下，構件正截面上混凝土允許出現裂縫，但裂縫寬度不超過規定容許值, 參看<預應力混凝土結構的概念(Prestressed Concrete)>和<預應力混凝土受彎構件設計計算方法>.
《公路橋規》又將在作用(荷載)短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣允許出現拉應力的部分預應力混凝土構件分為A類構件和B類構件. 當對構件控制截面受拉邊緣的拉應力加以限制時，為A類預應力混凝土構件；當構件控制截面受拉邊緣拉應力超過限值，直到出現不超過限值寬度的裂縫時，為B類預應力混凝土構件。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。
這個筆記follow著課程進度[5/10/2021至5/16/2021 Week 10], 簡要描述部分預應力混凝土結構的受力特性, 內容僅為教學使用.
2 部分預應力混凝土受彎構件的彎矩-撓度曲線
部分預應力混凝土受彎構件的彎矩-撓度關系曲線如下圖所示.
展開 鋼筋混凝土結構設計: 第一章(概念及材料性能)
《公路橋規》規定公路橋梁鋼筋混凝土結構使用的熱軋鋼筋牌號為HPB300、HRB400、HBRF400、RRB400和HRB500。當鋼筋混凝土構件處于受侵蝕物質等影響的環境中時，《公路橋規》建議可以采用環氧樹脂涂層鋼筋。
相關參考:
鋼筋混凝土結構的基本概念及材料的物理力學性能(1)
鋼筋混凝土結構的基本概念及材料的物理力學性能(2)
混凝土的抗拉強度(Tensile Strength of Concrete)
轉，鋼筋混凝土結構非線性有限元在ANSYS中的分析
前言
混凝土是一種力學性能十分復雜的建筑材料,由水泥、砂、石、水及各種外加劑硬化而成,成分復雜,性能多樣.迄今為止,還不能說對混凝土的力學性能己經完全掌握了。對于鋼筋混凝土結構的分析和強度計算,傳統的方法是建立基于大量試驗研究的經驗公式,對于常規設計而言,這種方法仍不失其實用價值。但是基于試驗數據的經驗公式并不能滿足人們對鋼筋混凝土結構深入認識的需要,諸如混凝土的彈塑性性質、混凝土的開裂及鋼筋與混凝土的交互作用等。
1967年,Ngo和Scordelis將有限元方法應用于分析混凝土梁。隨著計算機技術的快速發展,非線性有限元法在鋼筋混凝土結構分析中得到了廣泛的應用,它不僅應用于普通建筑構件,如梁、板、剪力墻等.也應用于人型特殊復雜結構。同時對于結構和構件的全過程分析,必須借助非線性有限元方法才能得出合理的結論。此外非線性有限元還能夠幫助和改進一部分試驗,應用非線性有限元法對于減少試驗數量、減輕試驗的勞動量、提高效率很有意義。
但是,和一般連續介質力學中的有限元方法相比,對鋼筋混凝土結構進行有限元分析還存在不少困難,這些困難主要存在于:鋼筋和混凝土是力學性能很不相同的材料。混凝土材性復雜、成分多樣,特別是在復雜應力狀態和加載歷史下,其本構關系還有許多問題值得研究。在荷載作用下,一般鋼筋混凝土結構是帶裂縫工作的.混凝土的變形(如收縮和徐變)和時間相關,另外,影響混凝土和鋼筋之間粘結滑移的因素也很多,其中規律還有待深入研究。鋼筋混凝土結構的非線性有限元分析離開了計算機是不可能實現的,因此程序編制特別重要。
展開 Ls-Dyna對預應力鋼筋混凝土結構的抗爆模擬
Ls-Dyna求解器功能強大，是世界上最著名的顯示動力分析程序，尤其適合求解各種二維、三維非線性結構的碰撞、侵蝕和爆炸沖擊等非線性問題。案例中承受爆炸荷載構件為剪力墻-預應力寬連梁鋼筋混凝土構件，構件有限元模型應用HyperMesh工具處理，鋼筋與混凝土單元共節點，模型概況，如圖1。本案例采用kg-mm-s單位制。
模擬預應力鋼筋混凝土結構的爆炸沖擊響應，需要分兩步處理：第一步，對構件施加預應力，模擬構件的穩態應力分布；第二步，進行預應力分布穩定時的構件抗爆模擬。其中，第二步針對預應力鋼筋混凝土構件進行的爆炸相關設置，見前貼<Ls-Dyna對鋼筋混凝土結構的抗爆模擬>，本文章主要介紹預應力，即預緊力的施加，及重啟動的相關設置。空氣及炸藥網格可用TCE工具處理（TCE使用方法見我的技術鄰免費課程<Dyna求解的工程爆破模擬教程>）。
Part1預緊力的施加-預應力鋼筋混凝土構件建立：
第一步，新建MAIN.k、ALE.K、BlastPoint.k、Boundary.k、EntitySet.k、Mode.k（搭建的模型文件導出Mode.k中）。復制材料卡片（提前寫好，或聯系博主索要）及計算控制卡片（聯系博主索要）到計算文件夾中，形成文件內容如圖2。文件解析見前貼<Ls-Dyna對鋼筋混凝土結構的抗爆模擬>。
第二步，將MAIN.k文件導入HyperMesh中（模型搭建如若不會，可以向博主索要學習資料），操作步驟見圖3。
第三步，為模型分配材料及屬性。
本例中構件模型及單元屬性按表1采用，混凝土單元材料模型添加材料侵蝕關鍵字*MAT_ADD_EROSION，材料與屬性需要依照圖4操作圖示，依次完成賦值。
第四步，生成預應力鋼筋截面上幾何點，操作步驟見圖5。
展開 
鋼筋混凝土結構設計: 第七章(偏心受壓構件正截面承載力)
試驗研究表明，鋼筋混凝土圓形截面偏心受壓構件的破壞，最終表現為受壓區混凝土壓碎。
10. 在鋼筋混凝土偏心受壓構件中，布置有縱向受力鋼筋和箍筋。對于圓形截面，縱向受力鋼筋常采用沿周邊均勻配筋的方式。
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)
展開 混凝土應力應變曲線繪圖軟件 混凝土本構關系 ￥196
軟件介紹
混凝土應力應變曲線繪圖軟件基于GB/T 50010-2010 《混凝土結構設計標準》（2024修訂版）第C.2 混凝土本構關系章節設計，軟件具備繪制不同強度等級的混凝土軸心強度設計值、標準值、平均值應力應變曲線功能，并可將應力應變數據導出為文件。
設計依據
軟件依據《混凝土結構設計標準》附錄C.2 混凝土本構關系章節設計，混凝土的單軸應力-應變曲線如圖C.2.3所示。
混凝土單軸受拉應力應變曲線依據附錄C中的C.2.3節確定，計算公式為：
混凝土單軸受壓應力應變曲線依據附錄C中的C.2.4節確定，計算公式為：
根據《混凝土結構設計標準》中規定，混凝土本構關系中的單軸抗壓/抗拉強度代表值可根據實際結構分析需要分別選取軸心抗壓/抗拉強度標準值、強度設計值、強度平均值。
根據4.1.3節，軸心抗壓強度及軸心抗拉強度標準值按下式計算：
其中，棱柱強度與立方強度之比值αc1：對C50及以下普通混凝土取0. 76；對高強混凝土C80取0. 82，中間按線性插值；C40以上的混凝土考慮脆性折減系數αc2：對C40 取1.00，對高強混凝土C80 取0.87，中間按線性插值。
根據4.1.4節，混凝土的強度設計值由強度標準值除以混凝土材料分項系數1.40確定。
展開 搞定混凝土結構裂縫問題，我們該怎么做？
混凝土裂縫問題是長期困擾著建筑工程技術人員的一大難題，混凝土結構尤其是大體積建筑中出現裂縫是很常見的現象，因此工程人員對裂縫問題非常關注。
本文對鋼筋混凝土結構裂縫進行了分類，并分析了裂縫的產生原因、常用的檢測方法，以及裂縫出現以后的各種修復加固措施，供從事工程施工的工程技術人員參考。
01
裂縫可能危及結構安全
裂縫問題是一個人們普遍關心的問題，對混凝土結構而言，裂縫的存在是十分普遍的現象。大量科研和實踐都證明了混凝土結構出現裂縫是不可避免的，裂縫出現時荷載常為極限荷載的15%~25%。
在正常使用荷載作用下，鋼筋混凝上結構一般是帶裂縫工作的，一般肉眼可見的裂縫范圍為0.02~0.05mm，裂縫寬度小于0.05mm 的屬無害裂縫，對防水、防腐蝕與承重的影響均可忽略不計。
我國現行規范對一般正常使用條件下混凝土結構構件最大裂縫寬度的控制標準為0.3mm。因此就經濟及科學觀點，一定程度的裂縫是可以接受的。
但有的裂縫會造成結構承載能力降低，結構可靠度下降；有的雖對承載力無多大影響，但會出現諸如混凝上保護層脫落、鋼筋銹蝕加速和混凝土碳化，降低結構的耐久性或發生滲漏，影響使用。
當裂縫寬度達到一定的數值時，還可能危及結構的安全。因此，如何對混凝土結構中的裂縫進行評價、鑒定、修復，對結構的使用和維護具有十分重要的現實意義。
02
裂縫原因與類型
裂縫形成的原因一般分成兩類：結構性裂縫和非結構性裂縫。
【結構性裂縫】
由于直接施加的各種靜力和動力荷載所引起的裂縫。由于結構承載力不足應力達到限值引起的，是結構開始破壞的特征。這種裂縫是比較危險的，如果不對這類裂縫進行處理將對結構的安全帶來隱患。
【非結構性裂縫】
由于溫度變化、收縮、不均勻沉降等間接作用, 結構的變形受到約束而引起的裂縫。
展開 水工鋼筋混凝土結構圖紙怎么畫？
一、基本知識
在混凝土中，按照結構受力要求，配置一定數量的鋼筋以增強其抗拉能力，這種由混凝土和鋼筋兩促材料制成的構件稱為鋼筋混凝土結構。用來表示這類結構的外部形狀和內部鋼筋配置情況的圖樣，稱為鋼筋混凝土結構圖，簡稱鋼筋圖。
（一） 鋼筋分類
（1）受力筋：主要受拉的鋼筋稱為受力筋。用于梁、板、柱等各種鋼筋混凝土構件。
（2）鋼箍（箍筋）：用以固定受力鋼筋的位置，并承受一部分斜拉應力，常用于梁和柱內。
（3）架立筋：用以固定鋼箍和受力鋼筋的位置，一般用于鋼筋混凝土梁中。
（4）分布筋：用以固定受力鋼筋的位置，并將構件所受外力均勻傳遞給受力鋼筋，以改善受力情況，常與受力鋼筋垂直布置。此種鋼筋常用于鋼筋混凝土板中。
（5） 構造鋼筋：因構造要求或者施工安裝需要而配置的鋼筋，如吊環等。
圖10-26 鋼筋種類
（二） 鋼筋的等級
在鋼筋混凝土結構設計規范中，對國產建筑用鋼筋，按其產品強度等級不同，分別給予不同代號，以便標注及識別。鋼筋共分五級詳見表10-1。
表10-1 鋼筋等級和符號
（三） 鋼筋的彎鉤
光面鋼筋為了加強其與混凝土的凝結力，一般在鋼筋兩端做成彎鉤，避免鋼筋在受拉時滑動。彎鉤的覺形式及畫法如圖所示。
圖10-27 鋼筋的彎鉤
（四） 鋼筋的保護層
由鋼筋邊緣到構件表面這一層混凝土叫保護層，用于保護鋼筋不受腐蝕。保護層的厚度根據結構薄厚不同而不等，一般在20～50mm之間，具體數值可查《鋼筋混凝土設計規范》確定。
二、鋼筋混凝土結構圖
鋼筋混凝土結構圖是加工鋼筋和澆筑鋼筋混凝土構件施工的依據。其圖樣包括鋼筋布置圖、鋼筋成型圖和鋼筋明細表等。
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