基于ANSYS的钢筋混凝土梁的裂纹损伤分析

第３０卷第４期２　０　１　２年４月水　电　能　源　科　学Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．４Ａｐｒ．２　０　１　２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０４－００４４－０４基于ＡＮＳＹＳ的预制混凝土Ｔ型梁裂缝成因分析徐　可，高德军，徐　港，王谊敏（三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌４４３００２）摘要：以天桥水电站坝顶公路预制Ｔ型梁为例，利用有限元软件ＡＮＳＹＳ对施工养护过程中环境温度变化和混凝土收缩引起的开裂进行了数值仿真分析，通过对不同龄期内的有限元仿真计算，获得了不同温差及龄期下的混凝土Ｔ型梁的温度应力和裂缝分布变化特征，并确定了混凝土开裂时间范围，其结果与实际情况较为吻合。

同时，还给出了此类混凝土结构裂缝时的修补加固建议。

关键词：Ｔ型梁；裂缝；环境温度；数值仿真中图分类号：ＴＶ７４２；ＴＵ５２８文献标志码：Ａ收稿日期：２０１１－１２－２３，修回日期：２０１２－０２－１０基金项目：高速铁路建造技术国家工程实验室开放基金资助项目；湖北省教育厅科学研究计划基金资助重点项目（Ｄ２００９１３１０）作者简介：徐可（１９８５－），男，硕士研究生，研究方向为混凝土结构耐久性，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕｋｅｅ＿ｏｋ＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：高德军（１９７０－），男，副教授，研究方向为建筑结构健康监测，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｄｊｓｄ＠１６３．ｃｏｍ 预制混凝土构件在养护期即出现裂缝是非常普遍的现象，主要原因是由于混凝土自身的水化热、外界温差及混凝土的收缩变形引起的［１］。

裂缝的出现对结构承载能力构成威胁，同时对结构的耐久性也存在一定影响。

目前，温度及收缩引起混凝土开裂原因主要依赖于对实际工程的定性分析，而定量计算温度改变及混凝土收缩后其各部位的应力变化则很少，大多依据“王铁梦法”［２］进行定量分析，但该方法并不能直观反映不同龄期时混凝土各部位应力分布及变化情况，同时也无法预估裂缝出现的时间及部位。

型钢混凝土受弯构件变形和裂缝分析摘要：在进行型钢混凝土受弯构件变形以及裂缝分析过程中，其计算方法对构件使用环节中的性能起到决定性的作用。

当前，我国针对变形以及裂缝的计算研究尚显不足，本文针对型钢混凝土受弯构件相关问题进行分析。

变形计算主要从受弯结构的两个部分进行分析，即当型钢与混凝土之间出现完全粘结情况下的变形计算，另外，则是当出现相对滑移情况下对构件附加曲率进行的变形计算。

裂缝宽度计算，则是按照粘结滑移理论对其裂缝宽度情况进行计算。

关键词：型钢混凝土受弯构件粘结滑移变形裂缝型钢混凝土构件主要是一种在钢筋混凝土结构中放置型钢的一种设计结构。

该结构通过结合型钢、钢筋以及混凝土这三种建筑材料，综合发挥其优势特点，共同抵抗所受到的外部作用，具有重要建筑工程施工价值。

在施工过程中，主要是通过应用混凝土结构对型钢以及钢筋进行全面的包合，使其钢筋骨架形成一种外在保护，这种结构就被称为是型钢混凝土结构。

受弯构件配钢形式主要包括两种，一种为实腹式型钢，另一种为空腹式型钢。

实腹式型钢主要有工字钢、槽钢和H型钢等,空腹式一般是用由角钢构成的空间析架式骨架。

在实腹式构件中,为防止混凝土的局部剥落和加强核心混凝土的约束作用,以及抵抗温度、收缩等引起的变形,在外包混凝土中要布放箍筋和部分纵筋。

在空腹式配钢的构件中,可以不设纵向钢筋与横向箍筋。

1型钢混凝土受弯构件变形计算1.1型钢混凝土受弯构件变形特点本文根据已有相关数据资料以及本文作者经过ANSYS软件计算获得的型钢混凝土分析结果发现，荷载、挠度表示在成曲线方式时，结构变形可分成三个部分。

结构出现开裂前，型钢、钢筋与混凝土结构之间作用出现弹性变形特点。

发生开裂过程中变形曲线则呈现出曲折情况，直到使用之后，其结构中的型钢与钢筋会出现变形情况[1]。

使用阶段后期至梁破坏,由于钢筋和型钢下翼缘屈服,型钢与混凝土之间产生较大的相对滑移,使得变形急剧增大,曲线开始明显弯曲。

但由于型钢腹板及上翼缘还未屈服,所以构件承载能力随挠度的增大而继续增加,直至构件最后因受压区混凝土压碎而告破坏。

基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析共3篇基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析1混凝土结构是我们生活和工作环境中不可或缺的部分。

为了保证结构的安全性和耐久性，需要进行大量的试验和分析。

钢筋混凝土结构试验有限元分析是其中一种方法，本文将介绍如何基于ANSYS进行试验有限元分析。

1、前期准备工作进行钢筋混凝土结构试验有限元分析前，需要进行一些前期准备工作。

首先要确定模型的尺寸和几何形状，包括梁的长度、宽度和高度，钢筋的数量和材料等信息。

其次是建立材料模型。

钢筋和混凝土的本构关系可以参考各种规范和文献，例如ACI318和EHE等。

最后是进行荷载和边界条件的设置。

这些参数可以根据试验的要求进行设定。

2、建立有限元模型通过ANSYS软件建立钢筋混凝土结构的有限元模型。

其中，混凝土部分采用可压缩性线性弹性模型；钢筋采用弹塑性模型，可以考虑材料的塑性性质。

首先，选择适当的元素类型，包括梁单元和实体单元。

对于梁单元，要选择适当的截面类型和断面参数。

对于实体单元，要确定网格的大小和形状。

然后，按照模型的几何形状和材料参数设置单元类型和属性。

最后，进行单元的划分和网格生成，调整边界条件，使其与试验条件保持一致。

3、分析和结果在模型准备就绪之后，进行分析和结果的处理。

首先，定义荷载和边界条件，可以模拟多种加载模式，例如单点荷载、均布荷载、自重等。

然后，进行静态分析或动态分析。

静态分析可以计算结构的变形、应力和应变等参数；动态分析可以模拟结构在地震、风等自然灾害下的响应。

最后，进行结果的处理和分析。

包括可视化、动画演示、应力云图、位移云图等，能够对计算结果进行全方位的检查和分析。

综上所述，基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析是一种非常有用的手段，可以帮助工程师更准确地评估结构的安全性和耐久性。

它具有良好的可靠性和可操作性，可在较短的时间内快速建立模型和分析结果。

基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析2钢筋混凝土结构是目前建筑工程最常用的一种结构形式，其优点在于承载能力强、耐久性好、施工方便等。

钢筋混凝土梁非线性分析主要内容第一部分：荷载及梁的尺寸第二部分：建模第三部分：加载、求解第四部分：计算结果及分析第一部分：荷载及梁的尺寸材料性能：混凝土弹性模量E=25500MPa,泊松比ν=0.3,轴抗拉强度标准值为1.55MPa,单轴抗压强度定义为-1，则程序不考虑混凝土的压碎行为，关闭压碎开关。

裂缝张开传递系数0.4,裂缝闭合传递系数1 。

钢筋为双线形随动硬化材料，受拉钢筋弹性模量E=200000MPa, 泊松比ν=0.3,屈服应力=350MPa，受压钢筋以及箍筋E=200000MPa，,泊松比ν=0.3，屈服应力=200MPa。

第二部分：建模由于对称约束，只需要建立1/2模型即可，在对称面上可以采用对称约束。

建立好的模型见下图：(1)进入ANSYS，设置工程名称为RC-BEAM(2)定义分析类型为结构分析(3)定义单元类型在单元库中选65号实体单元为二号单元，建立混凝土模型；选LINK8单元为一号单元，模拟钢筋模型；定义辅助网格单元MESH200及其形状选择。

1)钢筋混凝土有限元模型的合理选用①整体式整体式有限元模型是将钢筋弥散于整个单元中，将加筋混凝土视为连续均匀材料，求出的是一个统一的刚度矩阵。

该方法优点是建模方便，分析效率高;缺点是不适用于钢筋分布较不均匀的区域，且不易得到钢筋内力。

主要用于钢筋混凝土板、剪力墙等有大量钢筋且钢筋分布较均匀的构件。

②组合式组合式有限元模型是将纵筋密集的区域设置为不同的体，使用带筋的SOLID65单元，而无纵筋区则设置为无筋SOLID65单元。

这样就可以将钢筋区域缩小，接近真实的工程情况。

这种模型假定钢筋和混凝土两者之间的相互粘接良好，没有相对滑移。

在单元分析时，可分别求得混凝土和钢筋对刚度矩阵的贡献，组成一个复合的、单元刚度矩阵。

③分离式分离式有限元模型采用SOLID65来模拟混凝土，空间LINK8杆单元来模拟纵筋，这样的建模能够模拟混凝土的开裂、压坏现象及求得钢筋的应力，还可以对杆施加预应力来模拟预应力混凝土。

ANSYS混凝土问题分析1．关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式分为三种：分离式、整体式和组合式模型◆分离式模型：把混凝土和钢筋作为不同的单元来处理，即混凝土和钢筋各自被划分为足够小的单元，两者的刚度矩阵是是分开来求解的，考虑到钢筋是一种细长的材料，通常可以忽略起横向抗剪强度，因此可以将钢筋作为线单元处理。

钢筋和混凝土之间可以插入粘结单元来模拟钢筋与混凝土之间的粘结和滑移。

一般钢筋混凝土是存在裂缝的，而开裂必然导致钢筋和混凝土变形的不协调，也就是说要发生粘结的失效与滑移，所以此种模型的应用最为广泛。

◆整体式模型：将钢筋分布与整个单元中，假定混凝土和钢筋粘结很好，并把单元视为连续均匀材料，与分离式模型不同的是，它求出的是综合了混凝土与钢筋单元的整体刚度矩阵；与组合式不同之点在于它不是先分别求出混凝土与钢筋对单元刚度的贡献然后再组合，而是一次求得综合的刚度矩阵。

◆组合式模型组合式模型分为两种：一种是分层组合式，在横截面上分成许多混凝土层和若干钢筋层，并对截面的应变作出某些假设，这种组合方式在钢筋混凝土板、壳结构中应用较广；另一种组合方法是采用带钢筋膜的等参单元。

当不考虑混凝土和钢筋二者之间的滑移，三种模型都可以。

分离式和整体式模型使用于二维和三维结构分析。

就ANSYS而言，可以考虑分离式模型：混凝土(SOLID65)+钢筋(LINK单元或PIPE单元)，认为混凝土和钢筋粘结很好。

如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，如果比较困难也可以采用整体式模型(带筋的SOLID65)。

2．本构关系及破坏准则◆本构关系混凝土本构关系的模型对钢筋混凝土结构的非线性分析有重大影响。

混凝土的本构就是表示在各种外荷载作用下的混凝土应力应变的响应关系。

在建立混凝土本构关系时一般都是基于现有的连续介质力学的本构理论，在结合混凝土的力学特性，确定甚至调整本构关系中各种所需的材料参数。

通常，混凝土的本构关系可以分为线性弹性、非线性弹性、弹塑性及其他力学理论等四类。

基于ansys对H型钢梁抗弯强度与模态分析作者：邹濡锐来源：《科技风》2019年第18期摘要：用有限元分析软件ANSYS对建筑钢梁结构中常用H型钢梁进行了强度与模态仿真模拟分析，获得了在简化载荷作用下的应力分布图与各阶下的模态图，可清晰直观得发现H 型钢梁中的易损破坏的部位与变形较大的区域，这在提高钢梁强度设计中与工程实践中具有一定的参考价值。

关键词：H型钢梁;有限元法;模态分析;强度理论近几年来，H型钢梁已经普遍使用在我国各种民用和工业建筑结构以及各种大跨度的工业厂房和高层建筑中，我国平均每年的H 型钢使用量占总用钢量的4%—8%。

此钢型具有截面模数大、重量轻、节省金属结构使用空间的优点，这使得H型钢在焊接操作更加简便，可以节约材料并一定程度上缩短了施工时长，所以已经被广泛应用。

但生产时，对H型钢的工艺要求也很高，因为其在建筑横梁结构中受到压力，剪力，弯矩等载荷的作用，若是一处设计出现缺陷，就会导致总体结构承载力不足，如在遇到如地震、飓风等突发灾害时，将会无法承受巨大的压力与弯矩，导致总体的稳定性失衡。

所以为了防范特殊情况破坏得发生，本文将进一步应用ANSYS对H型钢梁的实体模型进行了强度与振动模态仿真分析。

1 建立简化模型H型钢大小规格的表示方法为：高度H×宽度B×腹板厚度t1×翼板厚度t2。

其中窄翼缘H 型钢特点是截面高度H与宽度B比值大于等于二，并且这种钢型主要应用于梁架结构中。

所以这里我们选用400×200×8×13规格、Q235B材质的窄翼缘H型钢作为模型。

为了方便用ansys仿真模拟，对房梁结构中等截面的H型钢梁模型进行简化成受均布载荷作用的双跨梁力学模型如图1，根据《钢结构设计规范》，定义模型的弹性模量为206000MPa，泊松比为0.3，密度为7800 Kg/m3，取钢梁长度为钢梁的长度L=6000mm并且一般房屋结构中的均布载荷标准值为q=2000N/㎡。

基于振型导数的混凝土梁损伤识别方法摘要:基于弯曲梁横向振动理论,得到常数因子a4,它是振型的四阶导数与振型的比值。

不同区域常数因子a4的不同意味着局部刚度的改变,局部刚度的改变意味损伤的存在,因此可将常数因子a4可以作为损伤指标。

运用ANSYS软件对局部损伤的钢筋混凝土梁进行数值仿真,得到前四阶模态振型,然后进行数值分析。

结果表明,基于振型导数的损伤指标可以对混凝土结构进行损伤定位和损伤程度的识别。

关键词:混凝土梁损伤识别振型导数建筑结构中钢筋混凝土构件,由于其具有良好的力学性能而被广泛使用。

然而在工程实践中,钢筋锈蚀和裂缝的存在对混凝土结构的危害性很大,故研究混凝土构件损伤识别有重要的现实意义。

由于结构损伤会导致结构动力特性的改变,基于这一原理,可以利用结构模态参数变化(固有频率、振型、阻尼等)来进行结构损伤检测。

近些年来,随着计算机软硬件技术、传感器技术、信息技术、振动测试技术的快速发展,基于振动特性的损伤识别方法已成为国内外学者广泛关注的课题。

模态振型是结构具体结点的位移,不同位置或不同程度的损伤将会导致不同的振型。

因此振型数据中包含着更多的损伤信息,模态振型的变化对损伤较为敏感,特别是对结构损伤进行定位,利用固有振型作为基本参数的方法识别损伤更加准确。

振型变化的损伤识别方法有以位移类参数(位移、位移模态、柔度矩阵等)和以应变类参数(应变、应变模态、曲率模态等)为基础的损伤定位方法。

这些方法均需要建立结构初始正常状态时的有限元模型作为识别基准,然后用当前结构振型实测数据修正结构模型,通过比较结构修正前后的模型物理参数来识别结构的损伤状况。

本文主要介绍了一种基于振型导数的损伤识别指标,它不需要初始状态的有限元模型作为识别基准,只需测得已发生损伤结构的模态信息就能识别结构损伤的位置和程度。

1 弯曲梁的横向振动与损伤识别原理首先分析欧拉梁,即不考虑转动惯量和剪切变形时的固有振动特性。

这里仅讨论等截面直梁的情况。

基于ANSYS的碳纤维布加固混凝土梁剥离破坏研究摘要：该文基于ANSYS对碳纤维布加固混凝土梁的剥离破坏模式进行了研究。

以某受均布荷载作用的简支钢筋混凝土梁为研究对象，在考虑材料非线性、钢筋—混凝土黏结滑移、碳纤维布滞后应变等因素影响的条件下，分析了两种锚固长度下梁的剥离破坏模式。

分析表明，当锚固长度较短时首先从端部剥离，当锚固长度较长时首先从中部剥离，剥离发生后，碳纤维布的应力、梁的变形和钢筋滑移急剧增大，剥离范围迅速扩展。

关键词：剥离碳纤维布ANSYS碳纤维布加固混凝土梁的剥离现象，是指在梁受压区混凝土未被压碎、碳纤维布也未被拉断前发生的碳纤维布与混凝土之间分离。

剥离破坏与常见的混凝土梁的破坏形态有较大的差异，是碳纤维布加固钢筋混凝土梁的一种特有破坏模式。

它是一种脆性破坏，是加固设计的控制状态之一。

影响剥离破坏的主要因素包括混凝土强度、锚固方式及粘结长度、配套粘结材料的性质等。

早期大部分研究者认为剪应力是导致碳纤维布加固混凝土梁发生剥离破坏的主要原因，该文考虑粘结剥离区域中碳纤维布与混凝土粘结界面的复合应力（正应力及剪应力）状态，建立了相应的剥离承载力计算方法，并经试验验证了其计算的精度。

为了探讨真实应力状态下梁的剥离破坏，该文基于ANSYS平台，以某受均布荷载作用的简支钢筋混凝土梁为研究对象，采用实体单元建立剥离分析有限元模型，分析了两种锚固长度下梁的剥离破坏模式。

1 有限元模型试验研究指出，碳纤维布剥离破坏是混凝土的破坏而非结构胶层破坏。

剥离破坏一般发生在混凝土表面到钢筋之间保护层范围内的混凝土，极少发生在碳纤维布与混凝土的粘结界面，也不会发生在碳纤维布与粘结层的界面。

产品质量及施工质量合格的结构胶，其固化后各项强度指标远高于混凝土的相应指标，因此，在建立分析模型时，不必考虑结构胶，而直接采用非线性弹簧单元模拟碳纤维布与梁的连接。

采用SOLID65单元模拟混凝土，采用PIPE16单元模拟钢筋，采用SHELL63单元模拟碳纤维布和支座钢板，采用COMBIN39非线性弹簧单元模拟钢筋—混凝土的连接和碳纤维布与梁的连接。

钢筋混凝土梁受压区温度裂缝分析与ANSYS仿真模拟钢筋混凝土梁受压区温度裂缝分析与ANSYS仿真模拟摘要：利用大型有限元分析软件ANSYS中的三维实体单元Solid65对钢筋混凝土梁进行热―结构耦合分析，模拟高温环境中预埋地脚螺栓对混凝土受热膨胀产生的约束作用。

计算结果显示，混凝土构件自身由于温度变化而产生的变形在受到外来阻力约束时，会导致混凝土裂缝的出现。

关键词：钢筋混凝土；温度应力；裂缝；非线性有限元；仿真中图分类：TU378文献标识码：A 文章编号：一般来说，不同季节和不同时间环境温度改变都会给材料带来“热胀冷缩”现象。

这种因为温度变化使材料产生的应力为温度应力。

对于室内环境温度较高或室外需要露天工作的混凝土构件，其温度变化较大所以产生的温度应力也较大，而这种温度应力对构件带来影响往往也是不可忽视的。

由于钢筋混凝土结构的性质复杂，材料非线性与几何非线性常同时存在，所以用传统的方法来分析和描述这种温度应力产生的变形则难度非常大[1]。

随着计算机处理能力的不断增强以及非线性有限元方法的日臻完善，有限元作为一个强有力的数值分析工具，在钢筋混凝土结构非线性分析中正显示着越来越大的实用性和方便性[2]。

目前，可以利用比较完善的特种单元来近似模拟混凝土或钢筋混凝土材料，在大型通用有限元软件ANSYS中，Solid65单元常被用来模拟钢筋混凝土等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料。

另外ANSYS提供的热―结构耦合分析，可以将温度影响施加到建立的模型中进行分析，从而得出温度对结构产生的应力。

1工程描述由于水泥在煅烧过程将产生大量的粉尘和一定的热量,所以造成厂房内温度很高,环境恶劣。

电收尘器作为水泥工厂中常用的除尘设备，一般都是在烧成车间的梁上预埋钢板焊接或预埋高标号的地脚螺栓安装。

2002年，某水泥厂窑尾车间用于承受电收尘器的大梁，在使用一年后受压区靠近预埋螺栓的部位产生细小裂缝（见图1）。

为此建设单位邀请设计、施工、监理和部分专家对裂缝产生的原因和其对厂房的安全性，耐久性进行分析：1.1 出现裂缝的梁承受荷载、截面尺寸、配筋等均按国家规范和工艺要求设计，梁裂缝宽度及挠度均控制在规范允许范围内。

基于ANSYS的钢筋混凝土梁的非线性分析摘要：本文主要通过介绍混凝土的本构模型，利用solid65号单元阐述ansys如何实现钢筋混凝土梁的建模，开裂，破坏等受力性能。

关键词：混凝土，有限元，非线性the nonlinear analysis of reinforced-concrete beam based on ansysdang jianping(baotou construction engineering cost can administer station, baotou 014010)abstract:by introducing the concrete constitutive model,the paper expounds ansys how to realize the modeling, craze, destructive force performance of the reinforced concrete beam using solid65 element.keywords: concrete, finite element, nolinear1 solid65单元的材料属性ansys的solid65单元是专为混凝土，岩石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元。

它可以模拟混凝土中的加强钢筋（或玻璃纤维，型钢等），以及材料的抗裂和压溃现象。

solid65单元最多可定义3种不同的加固材料，即此单元允许同时拥有四种不同的材料。

混凝土材料具有开裂，压碎，塑性变形和蠕变的能力；加强材料则只能受拉压，不能承受剪切力。

2 材料本构关系模型2.1 混凝土本构模型根据弹塑性理论建立混凝上的本构关系时，必须对屈服，条件流动法则、硬化法则即塑性模型三要素做出基本假定。

ansys弹塑性本构关系主要使用mises屈服准则或drucker-prager屈服准则。

2.2 混凝土破坏准则混凝土模型采用willam-warnke五参数破坏准则，破坏面通过以及在静水压力p下的来定义。

基于断裂力学的混凝土结构裂缝分析杨虎城;刘来君【摘要】混凝土结构在复杂的内外因素综合作用下,构件不可避免的存在裂缝.裂缝是混凝土结构中最常见的一种病害,不仅影响结构承载力和耐久性,而且会增大构件的变形量、削弱截面刚度.通过计算开裂混凝土梁的裂缝尖点处断裂参数应力强度因子和J积分值,运用断裂力学相关知识分析构件裂缝周围的应力状态,研究应力强度因子和J积分与荷载步之间的关系来评定裂缝的稳定性,为混凝土结构安全性和耐久性评定提供依据.【期刊名称】《延安大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】3页(P32-34)【关键词】混凝土结构;J积分;应力强度因子;裂缝【作者】杨虎城;刘来君【作者单位】延安大学建筑学院,陕西延安716000;长安大学,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】TU375混凝土构件带有初始裂纹时，构件所承受的实际应力远低于混凝土材料的强度便会发生裂纹贯通扩展甚至断裂。

断裂力学主要研究在固体结构中裂纹发展的规律、带裂纹结构的强度、裂缝引起的应力集中、裂缝尖点的奇变应力以及确定能够反映材料抵抗断裂的断裂韧性指标和防止、预测及控制断裂行为的发生[1]。

断裂力学中的主要力学参数有J积分、应力强度因子和能量释放率等。

脆性材料发生低应力开裂时，除了裂纹尖点微小区域外，材料均处于线弹性状态，裂纹尖点应力具有奇异性，这种应力奇异性用裂纹尖点处应力强度因子K表示，张开型裂缝应力强度因子用K1表示；滑裂型裂缝应力强度因子用K2表示；撕裂型裂缝应力强度因子用K3表示[2]。

其中，张开型的裂纹是脆性材料中最常见的，也是中最容易发生低应力脆断破坏形式。

在工程实际中，结构裂缝的产生多数是三种受力形式综合叠加的结果，通过计算强度因子可求出在外荷载作用下结构裂纹尖点处的应力场。

J积分是表示裂纹尖点处应力场的另一个断裂力学参量，作用是表征裂纹前沿端点处的奇异应力，其几何意义是绕裂缝尖点按照逆时针方向做一封闭曲线或曲面，沿着此线或面做积分值。

基于有限元仿真的简支梁结构损伤分析罗裴【摘要】分析了简支梁结构的振动特性,建立了该结构损伤前后的有限元分析模型,模拟计算了简支梁结构在未损伤、一个损伤、两个损伤和三个损伤状况下的固有频率和振型,重点研究了不同损伤状况对它们的影响.发现损伤裂纹可使简支梁结构的固有频率降低,且其降低幅度随裂纹深度增大而增大,但不同位置的裂纹所产生的影响并不相同.模拟计算结果对简支梁结构损伤的检测和识别具有重要意义.%The vibration properties of simple-supported beam are investigated. The finite element analysis models of undamaged and damaged simple-supported beams are developed based on the vibration properties to respectively calculate the natural frequency and the vibration mode of simple-supported beam with undamaged, one damage, two damages and three damages. The effects of different damages on the natural frequency and vibration mode are systemically studied. The simulation results indicate that the damaged cracks may lower the natural frequency, and the reduction content of natural frequency gradually increases as increasing the depth of damaged cracks. However, the effects of cracks are changed as varying the location of cracks. These results have important significance in detecting and recognizing the structural damage of simple-supported beam.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2011(025)005【总页数】5页(P440-444)【关键词】有限元分析;固有频率;振型;损伤检测;结构损伤识别【作者】罗裴【作者单位】武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室,湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TB115结构的损伤源于微小裂纹,而裂纹的产生将影响结构的振动特性参数.通过分析结构的振动特性参数即可预测和确定损伤的产生和位置[1-2].在研究结构损伤识别之前,需要对结构进行理论计算和模拟,这样可减少实际工作量,同时还可少走弯路.因此,对结构的理论计算和模拟在结构损伤检测中起着极为重要的作用,也为准确识别损伤奠定基础.有限元分析软件是结构分析中的通用软件,以有限元分析结果作为结构损伤识别的参考,对结构损伤识别的实现具有指导性作用[3-7],因此,采用有限元分析软件对结构进行实验前的理论计算和模拟,将对实验结果起着指导性的作用.本文采用有限元分析软件,对待研究简支梁结构进行了前期的计算和分析,模拟了简支梁结构在未损伤、单个损伤、多个损伤的模态频率和振型的变化,并对模拟的结果进行了比较和分析.1 简支梁的振动特性分析要研究裂纹对简支梁振动特性的影响,必须先建立完好梁和裂纹梁的振动力学模型,然后对比研究不同状况下的梁的振动特性,从而探讨裂纹对梁振动的影响规律[1]. 根据结构动力学理论,结构自由振动的方程可以表示为其特征方程可以表示为由式(2)可以看出,结构的固有频率主要与结构的刚度和质量有关,因此,当结构发生损伤时,结构的刚度和质量均会发生变化.而二者的变化必然会引起结构的固有频率和振型发生变化,那么,由式(2),可以得出结构发生损伤后的特征方程在实际发生损伤的裂纹结构中,结构质量发生改变非常小,可以忽略不计,因此,在忽略质量改变的情况下,式(3)可写为把式(4)展开,并忽略频率的平方项,则得固有频率的改变量为对于第 i阶振型[φi]有式(6)即为频率损伤方程.若结构发生损伤后,第j个单元刚度发生的变化为[ΔKj],则式(6)可变为若假设特征值的变化可以表示为单元损伤位置和损伤程度的函数,即βj为一个标量,它表示第 j个单元的损伤程度,有下式成立将式(9)代入式(7),可得由式(10)可知,简支梁结构的频率变化不仅依赖于结构的损伤位置,而且依赖于损伤程度.因此,通过简支梁的自由振动方程,可求出简支梁的各阶固有频率,而且不同的裂纹长度对梁的刚度的影响不同.随着单元刚度的减小,简支梁各阶自振频率逐渐减少;对称位置的单元刚度降低幅度相同时,对频率的影响也相同,由于不同位置的损伤程度有区别,也会引起相同频率的变化值.当单元刚度降低较小时,裂纹简支梁各阶自振频率变化不大,当简支梁损伤单元的刚度降低超过50%或者更大时,简支梁的自振频率减少量就会明显增大.2 简支梁结构有限元模型的建立在实验装置搭建之前,进行有限元分析是十分必要的.通过在有限元分析软件上对研究结构进行结构参数的模拟,从而确定待研究结构的基本尺寸和材料.在确定这些基本参数后,将对损伤结构的模态参数进行模拟,并获得有效数据.根据有限元分析的模拟和计算,确定待模拟的简支梁的基本参数为:长 1.5 m,宽 0.1 m,高0.005 m,弹性模量为210 GPa,泊松比为0.3,密度为(7.8)3.所得到的简支梁完好与有损伤的有限元模型分别如图1,图2所示,其中,图2对模型进行了放大,可以清晰地看见损伤的位置.网格的大小为0.005 m,裂纹宽度为0.001 m.图1 未损伤简支梁有限元模型Fig.1 Finite element model of simple-supported beam with no damage图2 一个损伤简支梁有限元模型Fig.2 Finite element model of simple-supported with one damage在用ANSYS10进行模拟计算过程中,由于所采用的简支梁比较薄,故简支梁单元采用SHELL63,所得简支梁在不同损伤状况下的各阶固有频率模拟结果如表1,表2所示.表1 简支梁在完好和损伤在同一位置但损伤程度不同的情况下的各阶频率的变化Tab.1 Changes of each order frequency of simple-supported beam under different damage status of the same location with no damage anddamages____损伤状况频率阶数 1阶 2阶 3阶 4阶 5阶 6阶 7阶 8阶 9阶10阶未损伤 11.958 32.960 64.638 106.93 110.77 159.90 222.40 223.61 231.01 298.12裂纹长为0.08 m 11.716 31.150 63.997 102.43 107.77 151.48 209.92 213.99 222.70 279.94裂纹长为0.06 m 11.847 32.068 64.378 104.89 109.23 155.41 217.76 218.15 223.01 291.23裂纹长为0.04 m 11.914 32.587 64.548 106.13 110.09 157.93 220.83 223.27 224.68 295.65__裂纹长为0.02 m 11.948 32.874 64.624 106.76 110.57 159.44 222.01 223.54 229.07 297.62表2 简支梁在不同损伤个数状况下的各阶频率的变化情况Tab.2 Changes of each order frequencies of simple-supported beam under different damage status____损伤个数频率阶数 1阶 2阶 3阶 4阶 5阶 6阶 7阶 8阶 9阶10阶三个损伤 11.160 30.220 56.876 96.685 98.980 140.84 144.66 191.81 204.14 264.60一个损伤(0.3m处) 11.920 32.183 61.308 101.31 103.73 156.79 214.76 222.78 228.77 284.90一个损伤(0.8m处) 11.376 32.717 61.035 104.57 110.55 152.56 191.97 194.81 219.16 286.41__两个损伤 11.516 29.335 63.161 99.938 103.51 142.69 202.46 211.60 222.23 251.61由表2可以看出,损伤越严重,简支梁的各阶频率变化就越大,在低频阶段,频率变化随损伤程度的变化不大,在高频阶段,简支梁的各阶频率的变化较明显.表1研究了未损伤和在同一位置损伤的不同程度的简支梁各阶固有频率变化状况,表2研究了简支梁在一个损伤、两个损伤和三个损伤以及一个损伤在不同位置状况下固有频率的变化.由表 2可以看出,损伤个数越多,梁的固有频率的变化就越大,但也有个别频率因多个损伤位置的不同而出现不同的变化,但总体来说,有损伤,则固有频率必有变化;而损伤位置不同,对各阶频率的影响也不同,由表2可以看出,当损伤在0.3 m处时,其4,5,6,10阶固有频率的变化比当损伤在0.8 m处时的相应阶固有频率的变化要大,而其他阶的固有频率的变化则相反,因此,可以看出,损伤位置的不同,其对各阶固有频率的影响不同.因此,在研究简支梁结构的损伤识别时,若采用固有频率进行损伤识别,必须针对同一位置而言,否则将得出错误结果.同时也说明,损伤识别前的模拟计算十分重要.3 简支梁结构振型的有限元分析前面研究了简支梁结构在不同损伤状况下的固有频率的变化,下面将研究简支梁在不同损伤状况下的振型的变化,同样采用有限元分析软件进行模拟和计算,主要研究简支梁在完好和一个损伤、三个损伤状况下的振型的变化,并进行比较,从中寻找简支梁的振型在不同损伤状况下的变化规律.图 3～9是简支梁在未损伤,一个损伤,三个损伤状况下的振型比较图.从简支梁在不同损伤状况下的振型图可以看出,当简支梁结构有损伤时,其振型就有明显的变化.在振型图中可以看到,结构一旦发生损伤,其振型图均有变化,结构的损伤个数越多,其振型图变化就越明显(见图 11),因此,若采用振型来进行结构损伤识别也是完全可以实现的,而且精度比较高,这在很多文献中均有报道.图3 未损伤简支梁的 1阶振型Fig.3 One order vibration mode of simple-supported beam with no damage图4 一个损伤简支梁的1阶振型Fig.4 One order vibration mode of simple-supported beam with one damage图5 三个损伤简支梁的1阶振型Fig.5 One order vibration mode of simple-supported beam with three damages［HT］图6 完好简支梁的2阶振型Fig.6 Two order vibration mode of simple-supported beam with no damage图7 一个损伤简支梁的 2阶振型Fig.7 Two order vibration mode of simple-supported beam with one damages图8 三个损伤简支梁的2阶振型Fig.8 Two order vibration mode of simple-supported beam with three damages图9 未损伤简支梁的 10阶振型Fig.9 Ten order vibration mode of simple-supported beam with no damage图10 一个损伤简支梁的10阶振型Fig.10 Ten order vibration mode of simple-supported beam with one damage图11 三个损伤简支梁的 10阶振型Fig.11 Tenth-order vibration mode of simple-supported beam with three damages4 结论由有限元分析方法模拟计算发现,损伤裂纹使简支梁结构各阶固有频率降低,且各阶固有频率的下降幅度随裂纹的相对深度增大而增大;简支梁结构的各阶固有频率和振型随损伤裂纹深度增大呈现规律性变化,裂纹深度对梁固有频率的影响与裂纹位置密切相关,但不同位置的裂纹对同阶和不同阶的固有频率的影响并不相同.参考文献:[1]李学平,余志武.含多处裂纹梁的振动分析[J].应用力学学报,2007,24(1):66-69.Li Xueping,Yu Zhiwu.Vibration analysis to multiple cracked beam[J].Chinese Journal of Applied Mechanics,2007,24(1):66-69.(in Chinese)[2]Moaveni P H S.Finite element analysis-theory and application with ANSYS[J].Minerals Engineering,1999,12(8):992-993.[3]高丽宏,龙江启.基于有限元模型的梁结构损伤识别技术研究[J].茂名学院学报,2006,16(3):70-74.Gao Lihong,Long Jiangqi.A Study of the damage identification techniques for beam structures based on finite element method[J].Journal ofMaoMing College,2006,16(3):70-74.(in Chinese)[4]武喜.基于有限元的简支梁加固受力分析的研究[J].科学之友,2010(7):66-68. Wu Xi.Simply supported beams reinforcement stress analysis with finite element[J].Friend of Science Amateurs,2010(7):66-68.(in Chinese)[5]李建,薛刚,李奉阁.损伤简支梁模态频率变化规律有限元分析[J].内蒙古科技大学学报,2009,28(4):350-353.Li Jian,Xue Gang,Li Fengge.Finite element analysis on modal frequency change regulations of the damage simple-supported beams[J].Journal of Inner Mongolia University Science and Technology,2009,28(4):350-353.(in Chinese)[6]Damatty A A E,Rahman M,Ragheb ponent testing and finite element modeling of standing seam roofs[J].Thin-Walled Structures,2003,41(11):1053-1072.[7]Her S C,Liang Y C.The finite element analysis of composite laminates and shell structures subjected to low velocity impact[J].Composite Structures,2004,66(4):277-285.。

混凝土结构工程检测鉴定及裂缝成因剖析发布时间：2022-09-01T03:25:52.401Z 来源：《工程建设标准化》2022年第9期作者：王祉弢[导读] 本文通过一个具体的工程实例，对混凝土结构工程进行检验和鉴定，从而确定整个检测和鉴定的重点，为同类工程的评价工作提供依据。

王祉弢身份证号：23020619880501****，海南海口 571100摘要：本文通过一个具体的工程实例，对混凝土结构工程进行检验和鉴定，从而确定整个检测和鉴定的重点，为同类工程的评价工作提供依据。

并根据施工现场楼板裂缝原因，分析混凝土面板的裂缝原因，阐明钢筋保护层的功能和控制厚度的重要意义。

关键词：混凝土结构；检测鉴定；裂缝；钢筋保护层1 工程概况该项目采用二层混凝土框架结构、静压桩、单承、钢筋混凝土楼、屋面、粘土多孔砖砌体。

该方案为矩形，外观形状规整，东西方向为75米，南北方向24米，一层高5.0米，二层高4.5米，总高11.0米，建筑面积3738m2。

主体工程于2021年竣工，但尚未投入使用。

建筑平面布置图如图1所示。

图1 某工程一层平面图2 现场调查与检测2.1 地基基础本工程主要采用静压桩基和单承台，对建筑物周边墙体、混凝土柱体和散水处进行重点的检测。

检测结果显示，建筑物外墙、柱基、散水处无明显的裂缝和其他损伤，且内外层与主体结构无显著的相对位移。

并且，也不存在由于地基不均匀沉降而导致墙体和钢筋混凝土构件出现破坏、裂缝等现象。

由于地基已经隐蔽，所以在施工中进行地基的开挖。

通过检测，地基的断面尺寸和深度均满足设计要求，地基的混凝土表面基本完好，没有出现露筋、蜂窝、裂缝等缺陷。

2.2 上部承重结构2.2.1 外观和结构布置检查根据施工图纸，现场按照施工方案进行详细的施工，包括：二层钢筋混凝土框架结构，一层高5.0米，二层高4.5米，基础柱间距7.5m×8.0m，现浇框架柱梁板。

通过现场抽查，发现上述各构件的布置与设计图基本一致，并对其进行检测。