裂縫
關注創建者：willvsmvp 創建時間：2017-02-28
裂縫的視頻教程
VecTor2系列(3)-考慮粘結滑移的鋼筋混凝土柱彎剪裂縫模擬
（3）得益于Vector在鋼筋混凝土模擬領域的專業性以及其完備理論背景，它可準確模擬鋼筋混凝土粘結滑移（內嵌多種粘結滑移本構曲線：Eligehausen Model、Gan Model等）、骨料咬合力、混凝土在單次及循環荷載下的拉伸壓縮軟化、剪切裂縫滑移、剪應力狀態等； （4）通過本視頻可以學習快速建模技巧，并獲得和試驗吻合的結果；后處理能夠完整展現混凝土開裂過程（彎曲裂縫、剪切裂縫）、裂縫寬度、
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VecTor2系列(1)-高強鋼筋混凝土有、無腹筋梁受剪裂縫模擬
（2）得益于Vector在鋼筋混凝土模擬領域的專業性以及其完備理論背景，它可準確模擬鋼筋混凝土粘結滑移（內嵌多種粘結滑移本構曲線：Eligehausen Model、Gan Model等）、骨料咬合力、混凝土在單次及循環荷載下的拉伸壓縮軟化、剪切裂縫滑移、剪應力狀態等； （3）通過本視頻可以學習快速建模技巧，并獲得和試驗吻合的結果；后處理能夠完整展現混凝土開裂過程（彎曲裂縫、剪切裂縫）、裂縫寬度、
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ABAQUS模擬混凝土水化熱溫度場、熱應力裂縫擴展（XFEM）
ABAQUS模擬混凝土溫度場（含HETVAL子程序模擬水化熱溫度場）、溫度應力、溫度損傷演化和溫度裂縫擴展（XFEM）；相應模型和代碼源文件可在附件下載，其中cae版本為Abaqus 2020，較低的版本可運行該cae模型的jnl和inp文件，怎么運行后面視頻中也會講解。 課程每周都會持續更新，to be continued！
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裂縫的實例教程
溫度裂縫是混凝土裂縫中較為復雜的一類。
4
水化熱裂縫
一般多在大體積混凝土或高強混凝土施工過程中，由于混凝土水化熱很高土內部溫度與混凝土表面溫度以及外部環境溫度相差較大，加之有約束的存在水化熱裂縫。
裂縫一般特征：有表層裂縫、內部裂縫、底層裂縫、貫穿裂縫、非貫穿裂縫和轉角、截面突變部位及孔洞角部的熱應力集中裂縫等類型。就其裂縫形狀而言，有龜裂縫或放射狀裂縫、水平裂縫、豎向裂縫、斜向裂縫等。
5
地基沉陷裂縫
一般情況下，當混凝土結構主體和基礎剛度較大時，其抵抗地基沉陷的能力還是較強的。但是地基處理不滿足規范要求時，特別是在嚴重濕陷性黃土、凍脹土、膨脹土、鹽漬土、軟弱土等不良場地，仍時常產生地基沉陷（膨脹）裂縫。
裂縫一般特征：地基沉陷裂縫具有底層重、上層輕，外重、內墻輕，開洞墻重、實體墻輕等特點，且大多為斜向裂縫，少數為豎向和水平向縫。地基沉陷裂縫首先在混凝土梁上出現，或在梁柱交界處發生，當上部主體結構剛度較大時，有時也在獨立基礎與柱根處出現水平裂縫。
6
應力集中裂縫
一般多在主體結構建成后出現，混凝土結構應力集中裂縫主要分布在門窗洞口、平面或立面突出凹進以及開結構洞口和結構剛度突變及集中荷載等處。對于預應力鋼筋混凝土結構，一般在張拉鋼筋錨固端產生的局部壓應力集中處產生裂縫。
裂縫一般特征：應力集中裂縫一般發生在門窗洞口的角部和平立面突出凹進的轉角處，且斜向楔形狀裂縫居多。在集中荷載較大的部位，易產生劈裂狀的裂縫。在預應力結構錨固端的局部承壓處，有時出現一條或數條裂縫，并呈放射形狀。
展開 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 目前在Abaqus中，基于全局或局部嵌入Cohesive單元，以模擬非均質材料的裂縫擴展的方法已經相當普遍。我想POLARIS_InsertCohElem插件起到不小的作用。
后處理方面，也推出的POLARIS_CrackGeo插件提取Cohesive單元和XFEM模擬獲得的裂縫數據。但如何出圖來展示裂縫形態，成為插件用戶的一大痛點。
在Abaqus中，Cohesive單元模擬的裂縫路徑可以通過顯示特征邊的方式進行展示，但這種方法有幾個方面的缺點：
1. 雖然可以疊加顯示出裂縫周邊實體單元的應力、孔壓等場量輸出，但在表現裂縫自身場量結果時沒有線圖直觀，如下例中顯示縫寬的效果對比；
2. 很難像線圖那樣凸顯天然裂縫或顆粒邊界以及其它特殊位置的Cohesive單元；
3. 由于全局嵌入Cohesive單元，在單元共節點位置存在孔洞，部件變形后，孔洞呈現出小黑點的形式，無法去除，線圖就完全不存在這些問題；
常用的編程繪圖工具，目前以Matlab和Python matplotlib為主，Abaqus2021版本之后就已經內置了matplotlib庫，因此本文以matplotlib庫為基礎，帶大家繪制POLARIS_CrackGeo插件提取的裂縫線圖。
展開 同濟大學地下建筑與工程系，上海 200092）
摘要：為了探究弱面發育頁巖壓裂裂縫特征，基于三維塊體離散元方法，建立考慮層理弱面和天然裂縫弱面的頁巖儲集層壓裂裂縫擴展模型，分析了不同施工排量、壓裂液黏度、層理抗拉強度和天然裂縫內聚力下的壓裂裂縫特征。研究表明：高排量泵注和高壓裂液黏度能夠減少近井筒層理對水力裂縫的限制，增加水力裂縫穿層能力，當壓裂液黏度達到10 mPa·s時，水力裂縫能夠連續穿過6條層理；與天然裂縫連通的層理，其抗拉強度不是影響自身開啟的主要因素；天然裂縫內聚力越大，其抗剪強度越大，開啟程度越低。當井筒周圍發育層理和天然裂縫時，通過提高前置液階段排量、增大壓裂液黏度，可以促使水力裂縫充分延伸；對于容易形成簡單雙翼裂縫的頁巖儲層，在前置液階段泵注適量酸液，可以溶解天然裂縫填充物，從而達到降低天然裂縫內聚力，增加其開啟程度，提高裂縫復雜度的效果。
關鍵詞
：頁巖；層理；天然裂縫；裂縫擴展；離散元
頁巖油氣資源豐富，實現其有效開發是保障國家能源安全的重要支撐。天然裂縫和層理等弱面發育是頁巖儲層典型地質特征，對壓裂裂縫擴展有一定的影響。當前，國內外學者使用相場法、離散元、有限元、邊界元等數值模擬方法，針對弱面發育頁巖儲層水力裂縫擴展規律開展了大量研究，發現天然裂縫密度、強度、傾角等特征參數影響裂縫網絡的形成；水力裂縫在層理界面處的延伸行為受層理間距、強度等約束。但是，上述研究多考慮單一弱面，很少有研究同時考慮層理弱面和天然裂縫弱面，而離散元方法因其自身特點在處理不連續問題上有獨到優勢。
展開 一、裂縫原因及類型
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。這種裂縫對結構承載力的影響不大，可根據結構耐久性、抗滲、抗震、使用等方面要求采取修補措施。在實際工程結構中，由于荷載所引起的裂縫只占總數的20%左右，而由于間接作用所產生的裂縫，大約占裂縫總數的80%。裂縫成因復雜，對結構的影響差異也較大。只有在弄清結構受力狀態和裂縫對結構影響的基礎上，才能確定相應的修復措施。
二、裂縫調查與分析
裂縫成因調查包括對材質與施工質量、設計計算與構造、使用環境與荷載等方面的調查，是為裂縫分析提供依據的。
通過裂縫現狀觀測、成因調查判明是結構性裂縫還是非結構性裂縫。裂縫的寬度、長度保持恒定不變的屬于穩定裂縫，只要其寬度不大，符合規范要求，其危險性較小，屬安全構件。裂縫的寬度和長度隨時間不斷擴展，說明鋼筋應力可能接近或達到流限，對承載力有嚴重的影響，應及時采取措施。
三、裂縫檢測
裂縫檢測就是裂縫現狀檢查，通過現狀檢測并繪制裂縫分布圖，為進行裂縫分析和危害性評定提供依據。
裂縫外觀檢測常用的儀器有刻度放大鏡、裂縫對比卡等，裂縫深度主要采用超聲波法探測或直接鉆芯法檢測。檢測的一般步驟如下：
01 繪制裂縫分布圖
先畫出產生裂縫構件的形狀， 然后將裂縫的位置、長度標于圖上，并對每條裂縫進行編號和注明裂縫出現時間。
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我們的儀器廣泛應用于檢測焊縫、鍛件、渦輪及其他結構性部件，能夠精準定位并定量分析隱藏裂縫、空隙、脫膠等各類不連續性缺陷。
試驗臺底座：底座不牢，數據全飄1個月前
基礎驗收
混凝土基礎：強度≥C30，養護≥28 天、表面無裂縫 / 空鼓 / 起砂；基礎平面標高誤差≤±10mm，平面度≤5mm/m；預埋地腳螺栓 / 錨板位置偏差≤±5mm，螺栓垂直度≤1/1000；基礎周邊預留50~100mm二次灌漿空間。
鋼結構基礎：立柱 / 橫梁焊接牢固、無變形，焊縫探傷合格；整體平面度≤3mm/m，標高偏差≤±5mm；承重滿足試驗臺1.5 倍額定負載。
用水平儀檢查基礎表面，若局部凹陷超過3mm需打磨或修補，有裂縫則需灌注環氧樹脂。
工具與物資核對：除了起重設備，需要備好高精度水平儀（建議精度0.02mm/m）、扳手、扭矩扳手、調整墊鐵等工具。同時，務必核對鐵地板的規格、材質、精度等級是否與設計要求一致。
場地與劃線：清理安裝區域，并按照圖紙在基礎上彈出縱向和橫向的定位基準線。如果是多塊拼接，還需彈出每塊地板的拼接線，確保接縫對齊。
</p><p>在comsol中將從數學模型理解與推導開始介紹這個模型的復現過程，采用<strong>二維離散裂縫模型</strong>，主要用到的理論包括：<strong>達西定律、Biot理論、滑脫效應(knudsen流)、郎格繆爾等溫吸附，</strong>該模型綜合考慮了<strong>裂縫滲透率演化、基質孔隙度與滲透率演化、氣體吸附解吸、天然氣粘度變化</strong>等因素對氣體采出的影響
6.2 混凝土結構裂縫擴展
在L型板、雙邊缺口試件等經典benchmark問題中，改進模型準確預測了：
裂紋從缺口萌生的位置拉-剪混合模式下的裂紋偏轉峰值荷載后的軟化行為
特別地，模型成功捕捉了DEN試件中法向荷載由拉轉壓的復雜過程，這是檢驗拉壓不對稱處理能力的嚴苛測試。
直觀理解：如果把 RVE 沿三個方向無限重復拼接，那么相鄰兩個單元在拼接面上的位移與變形必須連續，否則材料會出現裂縫或重疊。因此，在周期性條件下，RVE 的一對相對邊界（或面）需要滿足兩點：（1）波動位移在對邊相同：也就是去掉宏觀均勻變形后，剩余的局部起伏在對邊要匹配；（2）宏觀應變通過對邊位移差來體現：對邊的位移差對應外加的平均變形（例如單軸拉伸、剪切等）。
模型完整再現了結構從微損傷萌生、宏觀裂縫擴展直至最終失穩潰壩的全過程損傷演化，并特別計入了壩體損傷后庫水壓力的持續作用機制。研究結果表明：壩頂區域為結構最薄弱部位，損傷破壞易在此處萌生并發展。爆炸當量與爆炸深度的變化均顯著影響壩體損傷程度，其中在相同爆炸當量下，增大爆炸深度可顯著減輕拱壩的損傷。拱壩在水下爆炸作用下的破壞過程可分為三個階段：i）初始損傷階段；ii）損傷發展階段；iii）潰壩階段。
采用cohesive單元全局插入模擬裂縫擴展。儲層物性參數：彈性模量30GPa，泊松比0.25，流體比重980N/m^3，滲透系數1e-7m/s，孔隙比0.1。
（2）路面細節刻畫：使用Blender可模擬路面裂縫、隆起、車轍等局部特征，這些特征不僅體現為視覺紋理，同時可具備物理碰撞屬性與材質特性。
當應力上升時，在外力作用下容易產生裂縫及破斷的發生。
壓力-體積-溫度特性(PVT)圖
高分子的PVT關系就是在高分子加工過程中特定的體積上的特征隨溫度及壓力變化關系。一般上，若高分子的熱膨脹系數為正值，則其在加熱后會有膨脹的現象。由于每種高分子的微結構都不相同，所以每種材料的PVT關系都會不同。我們利用比容來當作一個良好的指標以取得制程中的高分子材料的PvT特性圖。
