钢筋混凝土弥散裂缝模型的数值模拟

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混凝土裂缝扩展的动态研究及数值模拟

混凝土裂缝扩展的动态研究及数值模拟一、引言混凝土是一种重要的建筑材料，广泛用于各种建筑和基础结构中。

然而，混凝土在使用过程中容易出现裂缝，这些裂缝不仅会影响混凝土的美观性，还会降低混凝土的强度和耐久性，甚至导致结构的失效。

因此，深入研究混凝土裂缝扩展的机理和规律，对于提高混凝土结构的安全性和可靠性具有重要的意义。

二、混凝土裂缝扩展的机理和规律1. 混凝土的内部应力状态混凝土在受到外部载荷作用时，内部会产生应力，如果应力超过混凝土的强度极限，就会出现裂缝。

混凝土的内部应力状态与混凝土的材料性质、载荷类型和结构形式等因素有关。

2. 混凝土裂缝扩展的机理混凝土裂缝的扩展是一个复杂的过程，主要包括裂缝的形成、扩展和连接三个阶段。

裂缝的形成是由于混凝土内部的应力超过强度极限而引起的，裂缝的扩展是由于裂缝周围的应力和应变的变化而导致的，裂缝的连接是由于裂缝之间的相互作用而引起的。

3. 混凝土裂缝扩展的规律混凝土裂缝的扩展规律与混凝土的材料性质、载荷类型和结构形式等因素有关。

一般来说，混凝土的裂缝扩展速度随着载荷的增加而加快，裂缝的长度随着时间的增加而增加，裂缝的宽度随着深度的增加而减小。

三、混凝土裂缝扩展的数值模拟1. 数值模拟的原理数值模拟是利用计算机对物理问题进行数值计算和模拟的过程，可以模拟物理系统的行为和性质。

在混凝土裂缝扩展的数值模拟中，可以通过有限元方法、边界元方法和离散元方法等数值方法来模拟混凝土的裂缝扩展过程。

2. 数值模拟的步骤（1）建立数值模型：根据混凝土结构的实际情况和要求，建立混凝土的有限元模型。

（2）确定边界条件：通过实测数据或者理论计算，确定混凝土结构的边界条件。

（3）进行数值计算：利用计算机对混凝土结构进行数值计算，得出混凝土结构的应力和应变分布情况。

（4）分析结果：通过对数值计算结果的分析，得出混凝土结构的裂缝扩展规律和扩展速度等参数。

3. 数值模拟的应用混凝土裂缝扩展的数值模拟可以用于预测混凝土结构的裂缝扩展情况，为混凝土结构的设计和施工提供参考。

混凝土劈裂实验及裂纹开展过程的数值模拟

抗拉强度 ft / MPa Tensile st rengt h
张开剪切传递系数 Opening shear t ransmit factor
闭合剪切传递系数 Closing shear t ransmit factor
C30
30000
0. 20
20. 1
2. 01
0. 3
0. 92
C50
35000
总用水量/ ( kg ·m - 3) Water Content
减水剂 Sup e rpla st icize r
A
0. 4
518
0
588
1087
207
0
B
0. 32
400
106
690
1050
160
1. 5 %
劈裂试验参照国家标准 ( GBJ 81285) 进行 ,以 3 mm厚胶合板垫于试件受压点与实验机压头之间 , 以防止实验机压头与试件线接触使试件局部承受过高的压力 ,如图 1 所示。劈裂横向位移Δ 以引伸计测量 ,将夹式引伸计的刀口插入粘贴于试件表面的钢块之间 ,如图 2 ,引伸计的测量精度为 1 μm ,按照测得位移 Δ 可进一步计算裂纹张开位移 COD (Crack opening displacement ) ,试验过程中采用位移控制加载进程。氯离子渗透试验采用 N EL 饱盐电导率渗透试验方法 ,用以测定氯离子扩散系数 D 。
组别 Gro up
水胶比 Water and binder ratio
水泥/ ( kg ·m - 3)
Cement
Ⅱ级粉煤灰/ ( kg ·m - 3) Ⅱclass fly ash

混凝土开裂的数值模拟分析

2008 年第 4 期桂林航天工业高等专科学校学报 J OU RNAL O F GU IL IN COLL EGE O F A EROSPACE TEC HNOL O GY 学术苑 ( 总第 52 期)
混凝土开裂的数值模拟分析
黄志强韦宜长
( 桂林工学院土木工程系 ,广西桂林 541004)
2008 年第 4 期桂林航天工业高等专科学校学报 J OU RNAL O F GU IL IN COLL EGE O F A EROSPACE TEC HNOL O GY 黄志强韦宜长/ 文 ( 总第 52 期)
(1 - v) v v 0 0 0 v (1 - v) v 0 0 0 v v (1 - v) 0 0 0 0 0 0 (1 - 2v) 2 0 0 0 0 0 0 (1 - 2v) 2 0 0 0 0 0 0 (1 - 2v) 2 [ Kc ] =
抗拉强度为 ft = 3. 1125 MPa ,泊松比 = 0. 2 ,裂缝张开传递系数为 0. 35 ,裂缝闭合传递系数为 1 ,关闭压碎开关。钢筋为双线性随动硬化材料 ,屈服应力 360MPa ,钢筋弹性模量 ES = 210 GPa ,泊松比 = 0. 25 ,硬化斜率为 20000 ,配筋率为 0. 01 。试件简化模型如图 2 所示。
- Parger 屈服面模型来模拟 ,假设混凝土在开裂和压碎之
前 ,塑性变形已经完成 [2 ] 。基于以上假设 ,在计算过程中将钢筋和混凝土作为不同的单元来处理 ,即钢筋和混凝土各自被划分为足够小的单元 ,两者的刚度矩阵分开求解。考虑到钢筋是一种细长材料 ,通常可忽略其横向抗剪强度 ,因此可将钢筋作为线单元处理。钢筋与混凝土之间可以插入粘性单元来模拟钢筋和混凝土之间的粘结和滑移。当外荷载作用较小 ,混凝土内部应力在弹性范围内时 , 采用线性理论。模型单元中应力应变关系的总刚度矩阵表达式为 :

基于FEM的钢筋混凝土梁开裂数值模拟

随着科技的发展和计算机能力的提升，有限元分析（FEA）已经成为了求解各种工程问题的重要方法，包括钢筋混凝土结构分析。本次演示基于有限元分析软件ANSYS，对钢筋混凝土梁开裂问题进行深入研究。
一、钢筋混凝土梁的开裂现象
钢筋混凝土梁是建筑结构中的重要构件，其开裂是常见的工程问题。开裂的原因主要包括荷载过大，混凝土材料抗拉强度不足，以及施工过程中的不当操作等。开裂可能会对结构的承载能力和耐久性产生严重影响。
四、研究结果与讨论
通过ANSYS的模拟分析，我们可以得出以下结论：首先，对于钢筋混凝土梁，应力集中区域是开裂的易发部位；其次，钢筋与混凝土之间的滑移是开裂过程中的重要现象；最后，不同的加载条件和构造措施对梁的开裂行为有显著影响。
然而，本研究仍存在一些限制。例如，ANSYS是一种基于计算机的数值模拟工具，其结果会受到模型设定、网格划分、材料参数等多种因素的影响。此外，实际工程中的环境因素（如温度、湿度等）和荷载条件是复杂多变的，这需要我们在未来的研究中加以考虑。
3、局部和全局分析：当前的模型主要了整体的力学行为。未来可以考虑进行更详细的局部和全局分析，以更好地理解开裂过程的细节和影响因素。
4、多尺度方法：对于大型结构或复杂的局部细节，使用单一尺度的FEM可能会产生较大的计算负担。多尺度方法可能是一种有效的解决方案，可以在不同的尺度上使用不同的模型和算法。
讨论与结论
通过本次研究，我们验证了基于FEM的混凝土开裂数值模拟方法的准确性和可靠性。模拟结果与实验结果基本一致，说明该方法可以较为精确地预测混凝土开裂过程和裂缝形态。在此基础上，我们可以进一步探讨混凝土开裂的影响因素和预防控制措施。此外，本研究的成果还可以为其他类似结构的开裂分析提供参考，为工程实践中的结构安全评估和优化设计提供有力支持。

钢筋混凝土粘结性能和梁裂缝的数值模拟的开题报告

钢筋混凝土粘结性能和梁裂缝的数值模拟的开题报告
一、研究背景
钢筋混凝土结构在现代建筑中广泛应用，是建筑和基础设施的重要组成部分。

在工程实践中，钢筋混凝土的粘结性能以及梁裂缝问题是主要的问题之一，该问题对结构的安全性和耐久性有着很大的影响，需要深入研究。

二、研究内容
本研究旨在通过数值模拟的方法对钢筋混凝土粘结性能和梁裂缝进行研究，主要包括以下内容：
1. 钢筋混凝土粘结性能的数值模拟
钢筋与混凝土之间的黏合力是影响结构安全性和耐久性的主要因素之一。

本研究将通过数值模拟方法分析钢筋和混凝土之间的黏合力，并研究其影响因素。

2. 梁裂缝的数值模拟
钢筋混凝土梁的裂缝问题是结构安全性和耐久性的严重问题。

本研究将通过数值模拟方法分析不同裂缝形态在结构中的分布和影响，以及其对结构稳定性和耐久性的影响。

三、研究方法
本研究将采用有限元数值模拟方法，通过ANSYS软件建立钢筋混凝土结构的数值模型，来研究钢筋混凝土粘结性能和梁裂缝问题。

四、研究预期成果
本研究预期可以通过数值模拟方法深入研究钢筋混凝土粘结性能和梁裂缝问题的研究，并且发现和解决现有结构存在的问题，提高结构的安全性和耐久性。

钢筋混凝土开裂有限元模拟

1钢筋混凝土开裂模拟一、问题的描述假定某混凝土开裂后的抗拉强度为零，在纯弯矩M 的作用下，钢筋界面面积为s A 时，通过有限元的计算来模拟钢筋混凝土梁底部裂缝开展、钢筋的最大拉应力和混凝土的最大压应力。

（1）材料性能混凝土：31020⨯=E ，0=cr σ，0=υ。

钢筋：310300⨯=E ，0.3=υ。

（2）截面尺寸梁宽10=b ，梁高12=h ，钢筋面积0.3=A 。

作用荷载：纯弯矩1000=M 。

注意：以上数值没有给出单位，在ANSYS 中，只要单位统一即可。

二、命令流FINISH/CLEAR,NOSTART/TITLE,Crack/NOPRKEYW,PR_SET,1KEYW,PR_STRUC,1/COM, Structural!前处理/PREP7wid=10 !定义常数hei=12dep=3are=0.3od=2wall=1mm=500ex1=20e3ex2=300e3pr1=0pr2=0.3ET,1,SOLID65 !定义单元KEYOPT,1,5,2ET,2,LINK8ET,3,PIPE16R,1, , , , , , , !定义实常数R,2,are, ,0R,3,od,wall, , , , ,MP,EX,1,ex1 !定义材料属性MP,PRXY,1,pr1TB,CONC,1,1,9,TBDA TA,,,,,-1,,MP,EX,2,ex2MP,PRXY,2,pr2BLC4, , ,wid,hei,dep !建模/VIEW, 1 ,1,1,1/ANG, 1/REP,FASTTYPE, 2 !划分网格MA T, 2REAL, 2LPLOTLSEL,,LINE,,9,10LESIZE,ALL, , ,1, , , , ,1LMESH,ALLALLSELTYPE, 3MA T, 1REAL, 3LSEL,,LINE,,6,8,2LESIZE,ALL, , ,4, , , , ,1LMESH,ALLALLSELTYPE, 1MA T, 1REAL, 1LSEL,S,LOC,X,0.1,wid-0.1LESIZE,ALL, , ,1, , , , ,1ALLSELMSHAPE,0,3DMSHKEY,1VMESH,ALLFINISH/PREP7CE,1,0,4,UZ,1,7,UZ,-1,7,ROTX,-3, !建立约束方程CE,2,0,6,UZ,1,7,UZ,-1,7,ROTX,-1.5,CE,3,0,8,UZ,1,7,UZ,-1,7,ROTX,1.5,CE,4,0,5,UZ,1,7,UZ,-1,7,ROTX,3,2CE,5,0,1,UZ,1,11,UZ,-1,11,ROTX,-3,CE,6,0,12,UZ,1,11,UZ,-1,11,ROTX,-1.5,CE,7,0,10,UZ,1,11,UZ,-1,11,ROTX,1.5,CE,8,0,9,UZ,1,11,UZ,-1,11,ROTX,3,FINISH!加载与求解/SOLNSEL,S,LOC,Z,0 !定义约束D,ALL,ALLALLSELNSEL,S,LOC,Z,depD,ALL,ROTYD,ALL,ROTZALLSELF,7,MX,mm !施加荷载F,11,MX,mmNSUBST,5,0,0AUTOTS,1SOLVEFINISH!后处理/POST1SET,LAST*GET,SCON,NODE,17,S,Z !列表显示钢筋抗拉应力和混凝土抗压应力数值ETAB,ST,LS,1ESORT,ST*GET,STL,SORT,,MAX*status,parm/EFACET,1 !显示Z向单元应力变形图PLNSOL, S,Z, 0,1.0PLDISP,2/DEVICE,VECTOR,1 !显示混凝土开裂图PLCRACK,0,0SA VEFINISH3三、模拟结果图1、钢筋的抗拉应力和混凝土的抗压应力数据图2、Z方向的单元应力变形图43、混凝土开裂情况5。

混凝土数值研究中裂缝模拟的新方法

科技信息0.前言混凝土是典型的非均匀材料，其内部有宏观的缺陷如裂纹、夹渣、气泡、孔穴等。

混凝土的强度、变形和破坏性能等都与其内部结构及裂缝的扩展有关。

混凝土破坏是由于体系中潜在的各种缺陷引起的，其破坏过程实际上就是微裂纹萌生、扩展、贯通，直到宏观裂纹产生导致混凝土失稳破裂的过程[1]。

研究混凝土材料的断裂过程及其宏观力学性能有利于认识混凝土断裂破坏机理，为混凝土结构体系的数值仿真分析提供力学依据。

国内外学者提出了很多研究混凝土断裂破坏的数值方法，包括流形元法[2]、边界元法[3]、分形几何法[4]、无网格法[5]、有限元法[6]等等。

这些非连续介质数值计算方法由于其各自的缺陷，如网格重划分问题，计算效率问题等因素限制了其发展。

1999年，美国西北大学以Belytschko 教授为代表的研究组提出了一种在常规有限元框架内求解不连续问题的扩展有限元法，该方法在短短的十年内得到广泛的应用。

Ted Belytschko 等[7]采用XFEM 和水平集模拟了弹塑性介质中的动态裂纹扩展问题，数值模拟和试验结果一致。

Moes 等[8]利用XFEM 进行细观结构的多尺度分析，他们认为，虽然计算中网格不需要与物理表面一致，但仍需要细到足以捕捉这些表面的几何特征。

张晓东[9]用扩展有限元法结合虚拟裂缝模型对单向拉伸混凝土板和三点弯曲混凝土梁进行开裂过程模拟，重点考察初始裂纹长度、混凝土断裂对混凝土板和梁开裂特性的影响。

应宗权[10]等为了简化颗粒增强复合材料的单元划分问题，利用水平集函数来表征夹杂材料的几何界面，从而使得有限元网格的划分无需与材料细观结构的内部边界相协调。

本文首先介绍扩展有限元法的基本原理，给出了扩展有限元进行混凝土开裂及裂纹扩展的分析方法，最后采用扩展有限元模拟了混凝土单轴拉伸的细观断裂破坏过程，展示扩展有限元在混凝土断裂问题研究中的独特优势。

1.扩展有限元基本原理扩展有限元（XFEM ）是基于单位分解的思想在常规有限元位移模式中加进一些特殊的函数，即跳跃函数和裂尖渐近位移场，从而反映裂纹的存在。

钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟

密级：公开钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟Crack Analysis and NumericalSimulation on ReinforcedConcrete Beams摘要钢筋混凝土梁是一种重要的结构工程构件。

在对钢筋混凝土力学性能的研究中，随着有限元方法的不断完善以及计算机技术的迅猛发展，钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟技术也越来越受到人们的重视。

本文在借鉴前人研究成果的基础上，对钢筋混凝土梁进行了非线性有限元分析，重点对钢筋混凝土梁的裂缝行为进行了分析。

本文在对混凝土的本构关系、破坏准则、开裂机理以及混凝土与钢筋的粘结滑移机理进行分析、比较与综合的基础上，提出了一系列合理化的方法并利用计算机编程技术开发出了一种面向对象的钢筋混凝土梁非线性有限元分析软件。

在软件设计中，本文利用面向对象的方法，结合Visual C++.NET编程工具，将钢筋混凝土梁有限元的核心概念抽象成结点类、单元基类、荷载类、稀疏矩阵类、有限元分析主类以及混凝土三角形单元类、8结点等参单元类、钢筋类、粘结单元类等。

通过对这些类的实现，编制了较为完整的钢筋混凝士非线性有限元计算分析软件。

本文软件实现了比较完善的前处理功能。

同时也顺利的实现了部分后处理功能，包括结构计算模型图、结构剖分网格图、加载过程中的任意荷载步下结构变形图、混凝土单元与钢筋单元及粘结单元主应力迹线图、单元状态图、裂缝分布图，以及后处理数据的输出等。

最后，通过算例证明了本文所采用的理论、方法的合理性以及所开发软件的良好使用性能。

关键词：钢筋混凝土梁，裂缝分析，数值模拟，有限元分析，软件开发AbstractReinforced concrete beam is a type of important structure unit. During mechanics character of reinforced concrete being studied, the technology research of crack analysis and numerical simulation on reinforced concrete beams has been attracted scholars’ mo re and more attention with the improvement of finite element method and the rapid development of computer technology. On the base of the precursors’ accomplishments, reinforced concrete beams have been analyzed by nonlinear finite element analysis methods in this thesis, the emphases of which is the analysis on reinforced concrete beams’ cracking behavior.Constitutive relations, failure criteria and cracking mechanism of concrete and the cohesion and slippage between concrete and steel bar have been analyzed, compared and synthesized. Then serial reasonable methods have been put forward and an object-oriented reinforced concrete beams’ nonlinear finite element analysis software has been developed by the technology of computer programming in this thesis.In the course of developing the software, object-oriented method has been employed and Visual C++.NET programming tools have been used. And the core concepts of reinforced concrete beam finite element are abstracted into node class, element class, load class, sparse matrix class, finite element method analysis main class and concrete triangular element class, 8 nodes isoparametric element class, steel bar element class, join element class etc in this thesis. By these classes being realized, reinforced concrete nonlinear finite element computing software has been developed.The perfect pre-processing functions have been implemented in this software. At the same time, the post-processing functions including structure module map, discrete structure mesh map, and structure displacement map, main concrete element, steel bar element and join element stress trace map, element state map, cracking distribution map of any load step, and post-processing’s data output and so on have been fulfilled in this software.At last, the theories and methods which have been adopted in this thesis are reasonable and this developed software has good serviceability according to the result of computing examples.Keywords: reinforced concrete beams, crack analysis, numerical simulation, finite element analysis, software development目录第一章绪论 (1)1.1 钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟的研究意义 (1)1.2 研究现状及发展趋势 (3)1.2.1 钢筋混凝土有限元分析技术 (3)1.2.2 数值模拟的编程及软件开发技术 (5)1.3 本论文的主要工作 (7)第二章钢筋混凝土梁的裂缝分析理论 (9)2.1 微观裂缝与宏观裂缝 (9)2.2 分析的裂缝 (10)2.3 在荷载作用下混凝土裂缝的发展过程 (10)2.4 钢筋混凝土梁的裂缝机理 (12)2.5 裂缝模型 (13)2.5.1 分离式裂缝模型 (13)2.5.2 片状裂缝模型 (14)2.5.3 本文裂缝模型的处理模式 (16)2.6 单元开裂、压碎后释放应力的计算和分配 (17)2.6.1 混凝土单元开裂 (17)2.6.1.1 单向开裂 (17)2.6.1.2 双向开裂及裂缝闭合 (18)2.6.1.3 混凝土单元被压碎 (20)2.6.3 钢筋单元屈服 (20)2.6.4 粘结单元的应力达到峰值 (21)2.6.5 释放力的分配原则 (21)2.7 混凝土裂缝分析的数值过程 (21)2.8 本章小结 (24)第三章裂缝模拟的有限元分析理论 (25)3.1 钢筋混凝土梁有限元模型 (25)3.1.1 整体式模型 (25)3.1.2 组合式模型 (26)3.1.3 分离式模型 (27)3.1.4 采用的有限元模型 (28)3.2 采用的平面单元 (28)3.2.1 混凝土单元 (28)3.2.2 钢筋单元 (28)3.2.3 粘结单元 (29)3.3 材料本构关系 (30)3.3.1 钢筋本构关系 (30)3.3.2 混凝土本构关系 (31)3.3.2.1 混凝土本构关系模型 (31)3.3.2.2 混凝土本构曲线 (33)3.3.3 钢筋与混凝土间的粘结和滑移 (37)3.3.3.1 模拟粘结力联结单元的取值 (37)3.3.3.2 模拟粘结力联结单元的取值 (38)3.4 混凝土的破坏准则 (38)3.5 本章小结 (39)第四章软件的设计与实现 (41)4.1 开发环境与编程语言 (41)4.1.1 Visual 开发环境 (41)4.1.2 Visual C++.NET编程语言 (41)4.1.2.1 Visual C++.NET简介 (41)4.1.2.2 MFC简介 (42)4.2 面向对象编程简介 (42)4.2.1 什么是面向对象编程 (42)4.2.1.1 面向对象方法的由来 (42)4.2.1.2 面向对象编程语言的三个特性 (43)4.2.1.3 类和对象的基本概念 (45)4.3 钢筋混凝土梁结构对象分析和设计 (47)4.3.1 结点类 (47)4.3.2 单元类 (48)4.3.3 荷载类与荷载组类 (49)4.3.4 材料类 (50)4.3.5 有限元分析主类 (51)4.3.6 平衡方程求解 (51)4.3.7 重要函数流程图 (51)4.4 建立基于Windows的面向对象的数值模拟软件 (56)4.4.1 建立Windows 应用程序框架 (56)4.4.2 建立各种消息映射 (56)4.4.3 数值模拟软件的实现 (57)4.4.3.1 数值模拟前处理 (57)4.4.3.2 数值模拟有限元分析 (59)4.4.3.3 数值模拟后处理 (60)4.5 本章小结 (61)第五章可视化技术在本软件中的应用 (62)5.1 科学计算可视化技术简述 (62)5.2 二维有限元网格的自动剖分 (63)5.3 屏幕图像显示与绘制 (64)5.4 图像的放大、缩小与移动 (66)5.5 颜色与应力的关系 (66)5.5.1 颜色模型 (66)5.5.2 颜色与应力关系 (68)5.5.3 本文彩色主应力迹线的方法 (68)5.6 本章小结 (69)第六章实例分析 (70)6.1 连续深梁 (70)6.2 深梁弯曲破坏 (73)6.3 本章小结 (77)第七章结论与展望 (78)7.1 结论 (78)7.2 展望 (79)参考文献 (80)致谢 (84)个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文 (85)第一章绪论1.1 钢筋混凝土梁的裂缝分析与数值模拟的研究意义自从波特兰水泥问世以来，混凝土和钢筋混凝土这一重要的工程材料，得到了极其广泛的应用和发展。

钢筋混凝土结构裂纹扩展数值模拟

钢筋混凝土结构裂纹扩展数值模拟
郑靖靖，欧，耿陈耀，陈辞
（中国矿业大学力学与建筑工程学院，苏徐州２１１江２１６）
摘要：通过ＦＲＡＮＤ软件模拟裂纹扩展，出了应力和应力强度因子．Ｃ２得对应力的影响因素研
ａｔｎｅｉｙｆｃｏｒ．Ｒｅｅｒｈｉｏｔｅｉｌｅｃｎｇｆｃｏｓｏｆｓｒｓｅｕｔｎｔｔｔｅｅｆｃｎｄｉｓｉｔｎｓｔａｔｓｓａｃｎｔｈｎｆｕｎｉａｔｒｔｅｓｒｓｌｓｉｈａｈｆｅｔｏｅａｉｅｔｉｋｎｅｓｏｅａｎｉｇｌｙｒｉｏｍｐａａｉｌｒａｅｈｅｍａｍｕｍｅｓｏｎｓｒｓｆｆｒｌｔｖｈｃｓｆｒｔｉｎａｅｓｃｒｔｖｅｙｇｅｔｒｏｎｔｘｉｔｎｉｔｅｓｏｒｉｏｃｍｅｔｓｒｏｕｉｇｃｎｒｔ．Ｔｈｎｉｉｌｐｏｎｆｃａｋｉｅｉｄｗｉｈｔｅｓｒｓｎｄｉｓｅｎｆｒｅｎ — ｕｒｎｄｎｏｃｅｅｅｉｔａｉｔｏｒｃＳｄｆｎｅｔｈｔｅｓａｔｉｅｉｙｆｃｏｓｔｉｕｌｔｈｅｃａｋｐｏｐｇｔｏｎｏｅｎｆｒｅｏｒｔ，ｗｈｉｈｐｒｉｅｅｅ — ｎｔｎｓｔａｔｒＯｓｍａｅｔｒｃｒａａｉｆｒｉｏｃｄｃｎｃｅｅｃｏｖｄｓｒｆｒｅｅｏｒｃｏｇａｉｎｉｒｃｉａｔｕｔｒｓｎｃｓｆｒｃａｋｐｒｐａｔｏｎｐａｔｃｌｓｒｃｕｅ．Ｋｅｒｓ：ＦＲＡＮＣＤ；ｓｒｓ；ｓｒｓｎｅｉｙｆｃｏｒｓｍｕｌｔｏｆｃａｋｐｏｐｇｔｏｎｙｗｏｄ２ｔｅｓｔｅｓｉｔｎｓｔａｔ；ｉａｉｎｏｒｃｒａａｉ

混凝土裂缝扩展的动态研究及数值模拟

混凝土裂缝扩展的动态研究及数值模拟一、前言混凝土结构是现代建筑中常见的材料之一，但在使用过程中，混凝土结构往往会因为各种原因出现裂缝，影响其使用寿命和安全性能。

因此，了解混凝土裂缝扩展的动态研究及数值模拟对于混凝土结构的设计和维护具有重要意义。

二、混凝土裂缝扩展的机理混凝土裂缝扩展是指混凝土中已有的裂缝在受到外部荷载的作用下发生的扩展过程。

混凝土裂缝扩展的机理主要包括以下两个方面：1.裂缝的产生原因混凝土结构在使用过程中，由于外部荷载、温度变化、湿度变化等原因，会出现内部应力变化。

当内部应力超过混凝土的承载能力时，就会出现裂缝。

裂缝的产生原因是多方面的，其中包括混凝土材料自身的缺陷、施工质量不良等因素。

2.裂缝的扩展机理混凝土裂缝的扩展是由于应力作用下裂缝周围混凝土的拉伸和剪切变形，导致裂缝的扩展。

裂缝扩展的速度和扩展路径是由裂缝周围的应力场和材料性质决定的。

三、混凝土裂缝扩展的动态研究混凝土裂缝扩展的动态研究是指对混凝土结构在受到外部荷载作用下，裂缝扩展的速度和路径等动态变化进行研究。

混凝土裂缝扩展的动态研究主要包括以下几个方面：1.裂缝扩展的速度与应力场分析混凝土裂缝扩展的速度是影响混凝土结构使用寿命和安全性能的关键因素之一。

因此，研究混凝土裂缝扩展的速度与应力场的分析对于混凝土结构的设计和维护具有重要意义。

2.裂缝扩展的路径分析混凝土裂缝扩展的路径是受到裂缝周围应力场的影响，因此对裂缝扩展路径的分析可以更好地理解混凝土结构的受力情况。

3.裂缝扩展的机理与影响因素混凝土裂缝扩展的机理和影响因素是混凝土结构研究的重要内容。

深入了解混凝土裂缝扩展的机理和影响因素有助于提高混凝土结构的使用寿命和安全性能。

四、混凝土裂缝扩展的数值模拟混凝土裂缝扩展的数值模拟是指利用数值计算方法对混凝土结构在受到外部荷载作用下，裂缝扩展的速度和路径等动态变化进行模拟。

混凝土裂缝扩展的数值模拟主要包括以下几个方面：1.数值模拟的方法和模型数值模拟的方法和模型是混凝土裂缝扩展数值模拟的关键。

混凝土中裂纹扩展的数值模拟研究

混凝土中裂纹扩展的数值模拟研究混凝土是一种广泛应用于建筑、桥梁、道路等工程中的材料。

然而，由于混凝土的性质，它容易出现裂纹，这些裂纹会导致混凝土结构的强度和稳定性下降。

因此，对混凝土中裂纹扩展的数值模拟进行研究是非常必要的。

一、混凝土中裂纹扩展的原因混凝土中裂纹的形成和扩展是由外部荷载和内部应力引起的。

混凝土中的应力主要来自以下几个方面：1.温度变化：混凝土中的温度会随着外部环境的变化而发生变化，这会导致混凝土中的应力变化。

2.干缩和收缩：混凝土在硬化过程中会发生干缩和收缩，这也会导致混凝土中的应力变化。

3.荷载：外部荷载是混凝土中裂纹形成和扩展的主要原因。

当外部荷载超过混凝土的承载能力时，混凝土中就会形成裂纹，而这些裂纹会随着荷载的不断增加而扩展。

二、混凝土中裂纹扩展的数值模拟方法数值模拟是一种通过计算机模拟实验来研究物理现象的方法。

在混凝土中裂纹扩展的研究中，数值模拟是一种非常有效的方法。

下面介绍两种常用的数值模拟方法：1.有限元法有限元法是一种利用计算机对物体进行离散化，将其分割成小的单元，然后对每个单元进行数学分析的方法。

在混凝土中裂纹扩展的研究中，有限元法可以将混凝土分割成小的单元，然后对每个单元进行应力分析，从而预测混凝土中的裂纹扩展情况。

2.位移法位移法是一种利用计算机对物体进行离散化，将其分割成小的单元，然后对每个单元进行位移分析的方法。

在混凝土中裂纹扩展的研究中，位移法可以预测混凝土中的应力分布和位移情况，从而预测混凝土中的裂纹扩展情况。

三、混凝土中裂纹扩展的数值模拟研究进展1.研究对象混凝土中裂纹扩展的数值模拟研究主要针对以下几个对象：1.混凝土墙体：混凝土墙体是建筑中广泛使用的一种结构，混凝土中的裂纹扩展会对其强度和稳定性造成影响。

2.混凝土梁：混凝土梁是建筑中承载荷载的主要结构之一，混凝土中的裂纹扩展会导致梁的强度和稳定性下降。

3.混凝土板：混凝土板是建筑中广泛使用的一种结构，混凝土中的裂纹扩展会对其承载能力造成影响。

混凝土裂缝模型的数值计算及模拟

由于正常使用极限状态的控制标准不如承载能力极限状态不可能的。因此，分离裂缝模型多用于分析只有一条或几条关键的控制标准那样严格，且超出正常使用极限状态所带来的后果也裂缝的素混凝土或少筋混凝土结构。随着网格划分技术及无网不如承载能力极限状态下那样严重，以只要在承载能力极限范格有限元技术的发展，所分离裂缝模型的应用领域也有所扩大。
描述，裂缝的位置、状、形宽度也可以得到较清晰的表达。使用分１２．弥散裂缝模型的应力应变关系矩阵【．１２Ｊ
离裂缝模型一般需要以下几个具体步骤。１１；．裂标准和裂缝发展方向开裂前混凝土的本构矩阵为：
＝
×
（）１
开裂后，混凝土处理为各向异性材料，在裂缝坐标系下的应
力应变的增量关系为：
收稿日期：０７０．９２０ —７０
作者简介：万
宇（９２）男，大学建筑工程学院硕士研究生，１８一，新疆新疆鸟鲁木齐
８００３０８８００３０８
艾合买提・布拉音（９９）男，依１５一，硕士生导师，副教授，新疆大学建筑工程学院，新疆乌鲁木齐
混凝土的重要特征之一是它的抗拉强度低，在很多情况下混
凝土结构是带裂缝工作的。早期人们认为混凝土为一脆性材料，还有一个虚拟的破坏区，并引入断裂能的概念，控制裂缝发展。
即开裂后混凝土的拉应力立刻降低到零。随着更精确的实验研１１２裂缝发展与模型网格调整．．究发现灌玉凝土开裂是有过程的，裂面的正应力随着拉伸应变／裂由于分离裂缝模型是使用单元边界来模拟裂缝，因此随着裂缝的增加而逐步减少Ｌ。裂缝引起周围应力的突然变化和刚度缝的发生和发展，Ｊ需要不断调整单元网格。这需要消耗大量的计降低这是混凝土非线性分析的重要因素。裂缝处理的适当与否算机时，也是妨碍分离裂缝模型发展的主要原因。对于一个有着是正确分析钢筋混凝土结构的关键问题。大量裂缝的实际混凝土结构，网格重划来逐个追踪裂缝几乎是用

混凝土开裂的数值模拟分析

Ｎ
ｒ
Ｎ
ｒ
［］１Ｋ＝｛一∑Ｖ｝ ‘ ［］Ｋ＋∑ ＷＥＫ］
ｉ１一ｆ１一
其中：Ｎ表示加固材料的数目、表示加固物的体积Ｖ
拉极限应变。截面处在开裂前的临界状态。第二，截面采用线性理论。模型单元中应力应变关系的总刚度矩阵表从
开裂到受拉区纵向受力钢筋开始屈服的阶段，就是当达达式为：也到临界状态时荷载只要稍微增加，面立即开裂，面上应截截力发生重分布，裂缝处混凝土不再承受拉应力，筋的拉应钢力突然增大，压区混凝土出现明显的塑性变形。荷载继受
基于以上假设。在计算过程中将钢筋和混凝土作为不同的单元来处理，即钢筋和混凝土各自被划分为足够小的单元，者的刚度矩阵分开求解。考虑到钢筋是一种细长两
材料．常可忽略其横向抗剪强度，此可将钢筋作为线单通因元处理。钢筋与混凝土之间可以插入粘性单元来模拟钢筋
—
１模型的建立
根据相关理论［．筋混凝土受弯构件截面的受力一】钢］
般有如下几个阶段：一。第当荷载较小时，面上的内力很截小，力与应变成正比，面的应力分布为直线。当荷载不应截断增大时．面的内力也不断增大，截由于受拉区混凝土出现

混凝土裂缝扩展机理的数值模拟研究

混凝土裂缝扩展机理的数值模拟研究一、引言混凝土结构是现代建筑中常见的结构形式，但随着时间的推移和外部载荷的作用，混凝土中容易出现裂缝，这不仅会影响结构的美观性，而且可能会对结构的耐久性和安全性产生不良影响。

因此，研究混凝土裂缝扩展机理非常重要。

本文将介绍混凝土裂缝扩展机理的数值模拟研究。

二、混凝土裂缝扩展机理混凝土裂缝扩展机理是一个复杂的过程，涉及多种因素，例如混凝土的性质、载荷的作用、裂缝的形态和大小等。

在混凝土结构中，裂缝的形态和大小是最基本的参数，裂缝的形态和大小决定了混凝土的受力状态和裂缝扩展的方向。

因此，研究混凝土裂缝扩展机理需要考虑这些参数的影响。

三、数值模拟方法数值模拟是一种研究混凝土裂缝扩展机理的有效方法。

数值模拟可以通过数学模型和计算机程序模拟混凝土结构中裂缝的形态和大小，进而预测混凝土裂缝的扩展方向和速度。

数值模拟方法包括有限元法、离散元法、边界元法等。

其中，有限元法是最常用的方法之一，因为它可以模拟复杂的载荷和结构形态。

四、数值模拟的步骤数值模拟的步骤包括几何建模、网格剖分、材料参数设置、边界条件设置、求解和后处理。

几何建模是指将混凝土结构建模为一个三维的几何体，包括结构的形状、大小和位置等信息。

网格剖分是指将几何体分割成小的单元，使其可以进行数学计算。

材料参数设置是指将混凝土的物理参数输入到计算程序中，例如弹性模量、泊松比和抗拉强度等。

边界条件设置是指设置结构的载荷和支撑条件，例如施加力和约束条件等。

求解是指通过计算程序求解结构的应力和应变分布，并预测裂缝的扩展方向和速度。

后处理是指通过图形化的方式表达计算结果，例如生成应力云图和裂缝图等。

五、数值模拟的应用数值模拟可以应用于多种混凝土结构的研究中，例如桥梁、隧道和大型建筑等。

数值模拟可以预测混凝土结构中裂缝的扩展方向和速度，为结构的维护和修复提供了参考。

同时，数值模拟还可以帮助优化混凝土结构的设计，降低结构的成本和提高结构的安全性。

混凝土中裂缝扩展的数值模拟研究

混凝土中裂缝扩展的数值模拟研究一、前言混凝土结构在长期使用过程中，由于外部荷载、温度变化、湿度等多种因素的作用，会产生裂缝，进而对结构的安全性、耐久性等产生影响。

因此，对混凝土中裂缝扩展的数值模拟研究具有重要的理论和实际意义。

二、混凝土中裂缝扩展机理混凝土中裂缝扩展主要是由于混凝土的本身缺陷以及外部荷载的作用，导致混凝土内部应力超过其强度极限，从而破坏混凝土的内部结构，形成裂缝。

裂缝形成后，由于混凝土的弹性模量较小，裂缝容易扩展，进而对混凝土结构的安全性、耐久性等产生影响。

三、混凝土中裂缝扩展的数值模拟方法混凝土中裂缝扩展的数值模拟方法一般采用有限元方法。

有限元方法是一种数值计算方法，其基本思想是将复杂的物体分割成若干个简单的有限元，通过求解每个有限元的应力和应变，进而得到整个物体的应力和应变分布情况。

在混凝土中裂缝扩展的数值模拟中，有限元方法可以通过建立混凝土的有限元模型，对其内部应力、应变分布进行求解，从而得到裂缝扩展的情况。

四、混凝土中裂缝扩展的数值模拟模型混凝土中裂缝扩展的数值模拟模型主要分为线性弹性模型和非线性本构模型两种。

其中，线性弹性模型假设混凝土具有线性弹性行为，即在小应变范围内，混凝土的应力和应变呈线性关系。

非线性本构模型则考虑混凝土在大应变范围内的非线性行为，通过引入非线性本构关系，对混凝土的应力和应变进行描述。

五、混凝土中裂缝扩展的数值模拟步骤混凝土中裂缝扩展的数值模拟步骤主要包括：建立混凝土的有限元模型、施加边界条件、求解有限元方程、判断裂缝的扩展方向和裂缝的扩展长度、更新有限元模型。

具体步骤如下：1. 建立混凝土的有限元模型：根据实际情况，采用有限元软件建立混凝土的有限元模型，包括节点、单元、材料参数等。

2. 施加边界条件：根据实际情况，施加边界条件，包括支座约束、荷载施加等。

3. 求解有限元方程：利用数值计算方法求解有限元方程，得到混凝土内部应力、应变分布情况。

4. 判断裂缝的扩展方向和裂缝的扩展长度：根据混凝土内部应力、应变分布情况，判断裂缝的扩展方向和裂缝的扩展长度。

混凝土裂缝扩展的动态研究及数值模拟

混凝土裂缝扩展的动态研究及数值模拟一、前言混凝土结构是现代建筑中最常见的结构类型之一，其具有较高的强度和耐久性，但是在长期使用过程中，混凝土结构会出现裂缝。

混凝土结构的裂缝会严重影响结构的安全性和使用寿命，因此，混凝土裂缝扩展的研究具有重要的理论和实践意义。

二、混凝土裂缝扩展的动态研究1. 裂缝扩展的机制混凝土的裂缝扩展是由于混凝土中的微小裂缝在外部荷载作用下逐渐扩大，最终形成明显的裂缝。

裂缝扩展的机制主要包括三个方面：拉伸、剪切和压缩。

其中，拉伸是最主要的一种裂缝扩展方式。

2. 影响因素混凝土裂缝扩展的影响因素主要包括荷载、裂缝尺寸、裂缝形态、材料性质等因素。

其中，荷载是混凝土裂缝扩展的主要驱动力，而裂缝尺寸和形态会影响裂缝扩展的速度和方向。

3. 检测方法目前，混凝土裂缝扩展的检测方法主要包括裂缝计、应变计、声发射等方法。

其中，裂缝计是最常用的一种方法，它可以直接测量混凝土结构中的裂缝长度和宽度。

三、混凝土裂缝扩展的数值模拟1. 概述数值模拟是混凝土裂缝扩展研究中的重要手段之一。

通过数值模拟可以预测混凝土结构中裂缝扩展的情况，为混凝土结构的设计和维修提供科学依据。

2. 数值模拟方法目前，混凝土裂缝扩展的数值模拟方法主要包括有限元法、离散元法和边界元法等。

其中，有限元法是最常用的一种方法，它可以较为准确地预测混凝土结构中裂缝扩展的情况。

3. 数值模拟结果通过数值模拟可以得到裂缝扩展的速度、方向、形态等信息。

根据数值模拟结果可以预测混凝土结构中的裂缝扩展情况，并为混凝土结构的设计和维修提供科学依据。

四、混凝土裂缝扩展防治措施1. 加强混凝土结构的设计，增强结构的耐久性和抗震能力，减少裂缝的产生和扩展。

2. 定期检测混凝土结构中的裂缝，及时进行维修和加固，防止裂缝的进一步扩展。

3. 采用防水材料或措施，减少混凝土结构中的水分，防止水分进入裂缝中，导致裂缝扩展。

4. 采用纤维增强混凝土等新型材料，提高混凝土结构的抗裂性能，减少裂缝的产生和扩展。

混凝土抗裂性的试验研究与数值模拟

混凝土抗裂性的试验研究与数值模拟混凝土作为重要的建筑材料之一，其抗裂性能对结构的安全性和耐久性至关重要。

因此，进行混凝土抗裂性试验研究和数值模拟已经成为了建筑工程领域的研究热点之一。

一、混凝土抗裂性的试验研究1.1 钢筋与混凝土的粘结性试验钢筋与混凝土的粘结性是混凝土抗裂性的一个重要因素。

在试验中，可以通过将混凝土和钢筋分开来，以观察其粘结力大小和强度。

一些新型的粘结剂和增粘剂也经常被引入试验中以提升粘结性。

1.2 混凝土裂缝扩展试验混凝土的裂缝扩展是混凝土结构的致命伤。

裂缝扩展试验可以研究混凝土裂缝尺寸和形状对于混凝土抗裂性和结构安全的影响。

试验中会通过往混凝土板上加压力、循环加载和受拉等方式制造裂缝，然后对裂缝进行形态、大小、集中程度以及细部分析等。

1.3 混凝土的抗拉性试验混凝土在受拉作用下抗裂性能力度量也是混凝土结构的重要性质。

在试验中，可以通过给混凝土施加拉伸力，然后观察其在拉伸力下的性能表现，样品的尺寸，高度，压力水平都是影响试验成果的重要因素。

此外，混凝土的抗拉性还必须考虑到其环境和气候因素。

二、混凝土抗裂性的数值模拟随着人类对于混凝土抗裂性研究的深入，越来越多的人们开始使用数值模拟工具来更好地研究混凝土抗裂性。

常用的模拟工具包括ABAQUS、ANSYS等有限元分析软件，以及MATLAB等数学计算软件。

2.1 基于有限元模拟的混凝土抗裂性研究有限元模拟是一种常见的数值模拟方法，可用于混凝土抗裂性力学分析。

通过建立混凝土抗裂性数学模型，然后将模型输入到有限元分析软件中进行力学计算。

该模型能够模拟混凝土受载荷时的行为，包括力学行为、应力、变形、破坏模式等，从而为混凝土抗裂性研究提供更为准确的结果。

2.2 模拟混凝土现场施工中混凝土抗裂性表现常见的混凝土结构存在一定的抗裂性问题，特别是在低温和高温等极端环境下。

通过数值模拟混凝土现场施工和在环境影响下对混凝土结构的影响，可以更好地预测混凝土在现实世界中的行为和结构稳定性。

混凝土结构中裂纹扩展的数值模拟研究

混凝土结构中裂纹扩展的数值模拟研究一、背景介绍：混凝土结构的裂纹扩展是一种常见的破坏形式，会严重影响混凝土结构的使用寿命和安全性能。

因此，对混凝土结构中裂纹扩展的数值模拟研究具有重要意义。

数值模拟可以模拟混凝土结构在荷载作用下的变形和破坏过程，预测裂纹扩展的位置和扩展方式，为混凝土结构的设计和维护提供重要依据。

二、研究内容：本研究将采用有限元数值模拟方法，研究混凝土结构中裂纹扩展的数值模拟。

具体研究内容包括以下几个方面：1. 混凝土材料的本构模型：混凝土材料的本构模型是数值模拟的基础，研究中将选择适合混凝土材料特性的本构模型。

目前常用的混凝土本构模型有线性弹性模型、弹塑性模型、损伤模型等。

本研究将选择适合研究对象的本构模型，以模拟混凝土受力后的变形和破坏过程。

2. 荷载模拟：混凝土结构在使用过程中受到各种荷载的作用，如静荷载、动荷载、温度荷载等。

研究中将选择适合研究对象的荷载模拟方式，以模拟混凝土结构在荷载作用下的变形和破坏过程。

3. 裂纹扩展模拟：混凝土结构中裂纹扩展是研究的重点，研究中将分析裂纹扩展的机理和影响因素，并采用适合的数值方法模拟裂纹扩展。

常用的数值方法有有限元法、边界元法、位移间断法等。

本研究将选择适合裂纹扩展研究的数值方法，以模拟混凝土结构中裂纹扩展的位置和扩展方式。

4. 模拟结果分析：最终，研究将对数值模拟结果进行分析和评价，以验证模拟结果的准确性和可靠性。

分析将包括混凝土结构变形和破坏过程的模拟精度、裂纹扩展的模拟准确性等方面。

三、研究意义：本研究能够为混凝土结构的设计和维护提供重要依据。

具体意义如下：1. 对混凝土结构中裂纹扩展机理的深入研究，有助于提高混凝土结构的安全性能。

2. 通过数值模拟，可以预测混凝土结构中裂纹扩展的位置和扩展方式，为混凝土结构的维护提供指导。

3. 本研究可以为混凝土材料本构模型和裂纹扩展数值模拟方法的研究提供参考。

四、结论：本研究将采用有限元数值模拟方法，研究混凝土结构中裂纹扩展的数值模拟。

混凝土裂纹扩展的数值模拟与实验研究

混凝土裂纹扩展的数值模拟与实验研究一、研究背景混凝土是建筑工程中常用的材料之一，但由于其内在的缺陷和外界的荷载作用，容易出现裂纹，从而影响其力学性能和使用寿命。

因此，研究混凝土裂纹扩展的机理和规律对于提高混凝土的耐久性和安全性具有重要意义。

二、研究内容本文主要研究混凝土裂纹扩展的数值模拟和实验研究，包括以下内容：1. 混凝土裂纹扩展的机理和规律；2. 混凝土裂纹扩展的数值模拟方法；3. 混凝土裂纹扩展的实验研究方法；4. 数值模拟和实验结果的对比分析。

三、混凝土裂纹扩展的机理和规律混凝土裂纹扩展的机理和规律是研究混凝土裂纹扩展的基础。

混凝土裂纹的扩展主要受到以下几个因素的影响：1. 强度差异：混凝土内部存在着不同强度的颗粒和孔隙，这些强度差异会导致混凝土内部的应力集中，从而引起裂纹的产生和扩展。

2. 拉伸应力：混凝土材料对拉伸应力的承受能力较差，所以在受到拉伸应力时容易出现裂纹。

3. 湿度和温度变化：混凝土在湿度和温度变化的作用下容易发生收缩和膨胀，从而引起裂纹的产生和扩展。

四、混凝土裂纹扩展的数值模拟方法混凝土裂纹扩展的数值模拟是研究混凝土裂纹扩展的重要手段之一。

目前常用的数值模拟方法包括有限元方法和离散元方法。

1. 有限元方法：有限元方法是通过将整个混凝土结构离散成许多小单元，再对每个小单元进行分析，最终得到整个结构的应力和变形分布。

有限元方法能够很好地模拟混凝土的裂纹扩展过程，但需要大量的计算资源和复杂的前处理和后处理过程。

2. 离散元方法：离散元方法是将混凝土结构离散成许多小粒子，再通过计算粒子之间的相互作用力来模拟混凝土的应力和变形分布。

离散元方法相对于有限元方法而言计算量较小，但需要更多的计算时间。

五、混凝土裂纹扩展的实验研究方法混凝土裂纹扩展的实验研究是研究混凝土裂纹扩展的重要手段之一。

目前常用的实验研究方法包括拉伸试验和压缩试验。

1. 拉伸试验：拉伸试验是将混凝土试件在拉伸荷载作用下进行破坏，从而研究混凝土的拉伸强度和裂纹扩展过程。

钢筋混凝土裂缝控制数值模拟计算及抗裂措施研究的开题报告

钢筋混凝土裂缝控制数值模拟计算及抗裂措施研究的开题报告一、研究背景钢筋混凝土结构在建筑工程中广泛使用，然而由于受到载荷作用、温度变化、干缩等因素的影响，钢筋混凝土结构往往会出现裂缝。

裂缝的产生不仅会导致建筑物的外观不美观，更会危及结构的安全性和使用寿命。

因此，在设计和施工中，需要采取一系列措施来控制钢筋混凝土结构的裂缝产生。

二、研究目的本研究旨在通过数值模拟计算的方式，研究钢筋混凝土结构的裂缝产生及控制方案，并提出相应的抗裂措施，以提高结构的安全性和使用寿命。

三、研究内容1. 钢筋混凝土结构的裂缝产生及影响因素分析2. 建立钢筋混凝土结构的有限元数值模型，对裂缝的产生过程进行模拟计算3. 研究不同的裂缝控制方案，如预应力、加筋、抗裂钢筋等，进行数值模拟计算，并对比分析其效果4. 提出适合不同类型结构的裂缝控制方案和相关抗裂措施四、研究方法1. 文献研究、实地调研2. 使用有限元分析软件建立结构模型进行数值模拟计算，并对计算结果进行分析3. 在室内试验室和现场进行试验和数据采集五、研究预期结果1. 建立钢筋混凝土结构的有限元模型，并模拟计算裂缝的产生过程及裂缝的分布2. 确定钢筋混凝土结构的裂缝控制方案，并提出相应的抗裂措施3. 提高钢筋混凝土结构的安全性和使用寿命六、研究进度计划1. 前期准备（2个月），包括文献调研、实地调研、建立有限元模型等2. 数值模拟计算及数据采集（6个月），包括建立不同结构的有限元模型、进行数值模拟计算及实验、采集和整理相关数据等3. 数据分析和结果归纳（2个月），对数值模拟计算和实验数据进行分析，得出结论4. 结论总结和论文撰写（2个月），撰写开题报告、毕业论文等七、参考文献[1] Zhang X, Xue J, Sun X, et al. Numerical simulation and experimental research on the cracking resistance of RC beams reinforced with GFRP bars[J]. Construction and Building Materials, 2017, 150: 780-791.[2] La Delfa S, Fiore A, Liguori P, et al. Numerical and experimental investigation on the flexural behavior of RC beams strengthened with FRP composite materials[J]. Engineering Structures, 2015, 96: 49-61.[3] Feng J J, Zhang X F, Zhang Y J, et al. A numerical model for predicting the progressive failure in reinforced concrete beams strengthened with GFRP[J]. Composite Structures, 2017, 180: 161-175.[4] Park S, Kim S Y, Kim Y, et al. Evaluation of interfacial stresses in RC beams with retrofitted CFRP sheets based on numerical simulation and experimental results[J]. Engineering Structures, 2017, 141: 309-325.。

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凝土结构的耐久性。混凝土结构耐久性研究必不可少的重
要内容包括裂缝起裂、发展的机理、理论和数值模拟方法的研究。因此，开发混凝土裂缝起裂和裂缝扩展的数学物
理模型及其数值模拟工具，对结构的安全性、可靠性和耐久性的评价以及工程的经济性等均具有重大意义。
应，所以受拉区即使产生裂缝并不影响梁在设计荷载下的
受力性能和正常使用。只要在承载能力极限范围内是允许混凝土有一定程度的开裂。工程中的钢筋混凝土构件一般都是带裂缝工作的，但是受拉裂缝的存在，使水、腐蚀气体等有害因素更加容易进入混凝土内部，从而大大影响混
布）裂缝模型和断裂力学模型。除此之外，还有其他一些形
式的模型。
使用ＡＮＳＹＳ软件对弥散型混凝土结构模型的开裂过程
进行模拟时，可根据该程序自身设定的一套计算裂缝单元
的应力应变关系矩阵来分析结构的变形和裂缝变化。开裂前混凝土的本构矩阵为：
离散裂缝模型是Ｄ．Ｎｇｏ和Ａ．Ｃ．Ｓｃｏｒｄｅｌｉｓ于１９６７年提出的。此类模型理论基础为线弹性断裂力学和非线性断
０
０
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（１一）
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００．５（１—２）
作者简介：汪祝祥（１９８６一），男，江苏兴化人，本科，助理工程师，注册建造师，主要从事建筑工程现场施工、监理工作。
・
１８－
Ｉ・Ｊ之材
ＳｉｃｈｕａｎＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ
２０１４年第１期
第４０卷总第１７７期
２０１４年２月
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２— ４０１１．２０１４．０１．０１０
０前
言
混凝土材料具有较高的抗压强度，在工程结构中大量
使用，但是混凝土是脆性材料，抗拉强度低，因而容易产生受拉裂缝。现行设计规范都采用在承载能力极限状态下对钢筋混凝土构件进行设计，忽略受拉区混凝土的有混凝土开裂的应力释放计算
定的连续性，弥散裂缝模型假设是连续的，即用连续介质
力学来描述本质上是非连续的断裂问题，因此，不能描述宏观的，已经完全脱开的大裂缝。
１裂缝模型的分类２弥散裂缝模型的本构关系
裂缝的常用处理模型通常有离散裂缝模型、弥散（分
擦作用采用裂缝两边法向和切线的粘结应力来描述；但是这
种方法的麻烦在于计算过程中要不断计算模型的几何布局，对计算机的配置要求较高。随着计算机速度的加快和网格快速自动划分的实现，离散裂缝模型有被推广使用的趋势。断裂力学模型是建立在断裂力学这门学科的基础上的，其主要应用于研究已经出现裂缝的混凝土其裂缝的扩展和
钢筋混凝土弥散裂缝模型的数值模拟
汪祝祥，刘泉
（江苏省扬州市四正工程建设监理有限公司，江苏扬州
摘要：混凝土裂缝扩展的数学物理模型及其计算机
２２５０００）
裂力学。它假定裂缝是单独地发生在各单元的边界之间，
２０１４年第１期
第４０卷总第１７７期
ＳｉｃｈｕａｎＢｕｉｌｄｎｇｉＭｍｅｒｉＳ
离散裂缝模型主要具有以下几种特点：
的数值模拟对混凝土的裂缝产生有着至关重要的预知作用，笔者初步论述了裂缝模型的几种常用类型，并且对弥散裂缝模型的机理进行了论述，通过有限元软件ＡＮＳＹＳ对钢筋混凝土弥散裂缝模型进行了数值模拟，得到了混凝土裂缝开裂情况的有用结果。
关键词：ＡＮＳＹＳ；数值模拟；钢筋混凝土；弥散裂缝中图分类号：ＴＵ３７５文献标志码：Ｂ文章编号：１６７２— ４０１１（２０１４）０１ — ００１８ — ０３
１）能够较好地描述裂缝的起裂和扩展，对于有少量主导裂缝的结构，可以形象地模拟结构破坏的整个过程；２）在离散裂缝模型中，混凝土粗骨料之间的咬合和摩
方法。目前断裂力学模型仅限于素混凝土中耽搁裂缝的处理，对于成批出现的裂缝如何处理还在探索之中。 ’ 弥散裂缝模型也可以称为分布裂缝模型，是Ｒａｓｈｉｄ在１９６８年提出的。其实质是将实际的裂缝 “ 弥散 ” 到整个单元中。弥散裂缝模型认为在第一条裂缝出现后，混凝土变成了一种 “ 正交异性体 ” ，利用混凝土的本构模型来模拟混凝土的裂缝。当混凝土的某一单元应力超过了开裂应力，则只需将混凝土的本构矩阵加以调整，无需改变单元形式和重新划分网格，有利于程序的实现。此模型假设当单元的最大主应力超过混凝土抗拉强度时，单元在最大主应力垂直的方向形成无数平行的微裂纹。开裂的混凝土仍然具有一