混凝土结构的裂缝及其ANSYS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。

混凝土结构裂缝原因分析及治理方法一、前言混凝土结构中出现裂缝问题一直是工程界所关注的话题。

裂缝的产生可能会导致混凝土结构的强度和稳定性下降，进而危及整个工程的安全。

因此，对混凝土结构裂缝的原因进行分析，寻找有效的治理方法，具有非常重要的现实意义。

二、混凝土结构裂缝的分类混凝土结构裂缝可分为以下几种类型：1. 建筑裂缝：建筑物的裂缝主要是由于建筑物自身的重量和变形引起的。

2. 技术裂缝：技术裂缝主要是由于混凝土本身的收缩和膨胀引起的。

3. 力学裂缝：力学裂缝主要是由于外部力的作用引起的。

三、混凝土结构裂缝的原因分析1. 混凝土本身的缺陷混凝土本身存在空洞、孔隙、气泡等缺陷，这些缺陷在混凝土结构的使用过程中会逐渐扩大，形成裂缝。

2. 温度变化当混凝土遭受到温度变化时，会发生热胀冷缩的现象，这种现象会导致混凝土结构的收缩和膨胀，从而引起裂缝。

3. 湿度变化当混凝土受到湿度变化的影响时，混凝土会膨胀和收缩，从而引起裂缝。

4. 荷载变化当混凝土承受荷载变化时，会产生应力，当应力超过混凝土的承受能力时，就会产生裂缝。

5. 不良施工质量混凝土结构的施工质量不良，如振捣不均匀、养护不当等，也会引起混凝土结构裂缝。

四、混凝土结构裂缝的治理方法1. 补强法补强法是一种常见的治理混凝土结构裂缝的方法。

其主要原理是在混凝土结构的裂缝处加固，提高混凝土结构的强度和稳定性。

2. 密封法密封法是一种将混凝土结构的裂缝处进行填充，以防止混凝土结构裂缝的扩大和进一步损坏。

3. 基础加固法基础加固法主要是针对混凝土结构的基础进行加固，提高混凝土结构的整体稳定性和承重能力。

4. 增强法增强法是一种在混凝土结构表面覆盖一层增强材料，以提高混凝土结构的强度和稳定性。

五、混凝土结构裂缝治理的注意事项1. 治理混凝土结构裂缝时，一定要找到裂缝产生的原因，针对原因进行治理。

2. 在进行混凝土结构裂缝治理前，要对混凝土结构进行全面的检测和评估，确定治理方案。

基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究共3篇基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究1钢筋混凝土结构是现代建筑的主要结构形式之一，其具有很强的抗压、耐久、耐火、耐久等性能，能够在恶劣的自然环境下保持稳定。

然而，在长期使用和自然灾害等因素的影响下，钢筋混凝土结构容易发生裂缝、断裂等问题，这对结构的稳定性和使用寿命产生影响。

因此，了解钢筋混凝土结构中裂缝的分布及宽度研究是非常重要的。

钢筋混凝土结构裂缝的分布规律是影响其性能的重要因素之一。

通常情况下，裂缝的分布具有明显的集中性和分散性。

集中性裂缝通常是指相邻裂缝的间距较小，延伸方向呈现一定的集聚趋势。

它们的分布与荷载作用的密切程度有关，通常出现在受约束的构件的连接部位、弯矩较大的梁段、柱子的角部连接处等位置。

分散性裂缝通常是指相邻裂缝的间距较大，缝宽较小，延伸方向没有一定的集聚趋势。

它们的分布与材料本身的性质有关，主要是与混凝土的收缩、膨胀等因素有关。

关于裂缝的宽度研究，通常采用钢筋混凝土杆件、板梁等结构进行试验，测定裂缝宽度与荷载的关系。

钢筋混凝土结构的裂缝宽度与很多因素有关，包括混凝土强度、梁宽、钢筋直径、混凝土保护层厚度、受力面积等因素。

研究表明，裂缝宽度与荷载的关系可以采用双曲线等函数进行拟合，建立裂缝宽度与荷载的数量关系模型，以便预测结构在荷载作用下裂缝的宽度。

使用ANSYS软件进行钢筋混凝土结构的分析和模拟可以帮助我们更好地理解结构中的裂缝分布和宽度研究。

通过对结构模型的建立和加载荷载，可以计算出结构在不同荷载下的应力和位移响应，进而预测结构中的裂缝分布和宽度。

总之，了解钢筋混凝土结构中裂缝的分布及宽度研究是非常重要的。

通过科学地研究和预测裂缝的分布和宽度，可以有效提高结构的稳定性和使用寿命，保证建筑的安全可靠性。

基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究2钢筋混凝土结构是一种广泛应用的建筑结构形式，具有高强度、耐久性好、抗震性能优良等优点。

混凝土裂缝原因的分析及处理方法混凝土是一种常用的建筑材料，广泛应用于各种工程中，如房屋建筑、桥梁、道路等。

然而，在长时间的使用过程中，我们有时会发现混凝土出现裂缝的情况。

这些裂缝不仅会影响建筑物的美观，更重要的是可能会对结构的稳定性产生影响，了解混凝土裂缝的原因以及相应的处理方法是非常重要的。

一、混凝土裂缝的原因：1. 鸡蛋壳效应：混凝土在干燥过程中会发生体积收缩，类似于鸡蛋壳收缩而出现细小的裂缝。

这种收缩主要是由于水分的蒸发引起的，当混凝土受到干燥空气的作用时，内部水分会逐渐蒸发，导致体积缩小。

2. 温差应力：混凝土在遭受温度变化时，会产生热胀冷缩的现象，而这种温度变化可能导致混凝土产生应力，从而引发裂缝的形成。

夏季阳光直射下的高温能够使得混凝土表面迅速升温，而内部温度变化相对较慢，这种温度差异会导致混凝土内部产生应力，最终产生裂缝。

3. 荷载作用：混凝土在承受荷载时，如果超过其承载能力范围，就会产生应力集中，从而引发裂缝。

当车辆通过道路时，道路的混凝土可能会受到较大的荷载作用，如果道路的设计不合理或者材料质量不过关，就会导致混凝土出现裂缝。

4. 基础沉降：建筑物的基础沉降不均匀也是混凝土裂缝的常见原因之一。

基础沉降不均匀会导致建筑物在不同位置上受力不一致，从而造成混凝土出现裂缝。

这种情况通常需要通过加固基础或重新设计来解决。

二、混凝土裂缝的处理方法：1. 裂缝修补：对于小裂缝，可以采用裂缝修补的方法进行处理。

常用的修补材料有修补砂浆、聚合物修补材料等。

在进行修补之前，需要先将裂缝清理干净，并确保表面干燥、无油污和松散物质，以保证修补材料的粘结性能。

2. 加固处理：对于较大的裂缝或者是由于荷载作用导致的裂缝，可能需要进行加固处理。

可以采用添加钢筋增强、注浆加固等方法来增加混凝土的承载能力和抗裂性能。

3. 温度控制：针对温差应力引起的裂缝，可以采取温度控制的措施。

在施工过程中，可以采用降温措施，如喷水降温、覆盖遮阳网等，来控制混凝土的温度变化，减少温差应力引起的裂缝。

第３７卷㊀第７期㊀吉㊀林㊀化㊀工㊀学㊀院㊀学㊀报Ｖｏｌ.３７Ｎｏ.７㊀２０２０年７月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＪＩＬＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＣＨＥＭＩＣＡＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＪｕｌ.㊀２０２０收稿日期:２０２０￣０５￣０６作者简介:宋㊀兵(１９９１￣)ꎬ男ꎬ吉林洮南人ꎬ吉林化工学院助教ꎬ硕士ꎬ主要从事工程管理方面的研究.㊀㊀文章编号:１００７￣２８５３(２０２０)０７￣００７２￣０４基于ＡＮＳＹＳ的再生混凝土梁抗裂性能有限元分析宋㊀兵１ꎬ姚㊀琳２(１.吉林化工学院经理管理学院ꎬ吉林吉林１３２０２２ꎻ２.吉林市政府投资建设项目管理中心ꎬ吉林吉林１３２０００)摘要:为分析不同掺量硅粉和聚丙烯纤维对再生混凝土梁抗裂性能的影响ꎬ对５根再生混凝土梁的开裂荷载㊁极限荷载㊁应力分布和荷载￣挠度曲线进行了ＡＮＳＹＳ有限元分析.结果表明:硅粉和聚丙烯纤维的掺入ꎬ提高了再生混凝土的强度和整体刚度ꎬ使得梁抵抗拉应力的能力提高ꎬ抗裂性能增强㊁延性提高ꎬ开裂荷载和极限荷载均增大.当硅粉掺量为８％ꎬ聚丙烯纤维掺量为０.９ｋｇ/ｍ３时ꎬ试件的开裂荷载和极限荷载达到最大值ꎬ分别为２３.６６ｋＮ和１２８.５ｋＮꎬ较ＳＦ０Ｐ０均提高２０％以上.关键词:硅粉ꎻ聚丙烯纤维ꎻ再生混凝土梁ꎻ抗裂性能ꎻ有限元分析中图分类号:ＴＵ３７５.１文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１６０３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２－１２４９.２０２０.０７.０１７㊀㊀近年来ꎬ国内外学者对于再生混凝土的研究取得了丰硕的成果ꎬ再生混凝土不仅可以处理掉部分建筑垃圾ꎬ而且还可节约天然骨料ꎬ带来了显著的经济㊁环境和社会效益ꎬ但是再生混凝土因为自身存在的不足ꎬ如孔隙率高㊁吸水性大㊁强度低等ꎬ而在使用过程中受到限制.为弥补再生混凝土的不足ꎬ使再生混凝土构件在工程中得到更大地推广和应用ꎬ综合硅粉(ＳＦ)颗粒小㊁促进水泥水化㊁较强的火山灰活性等优点[１￣２]ꎬ以及聚丙烯纤维(ＰＰＦ)抗拉强度高㊁延性好㊁耐久性好等特点[３￣６]ꎬ基于ＡＮＳＹＳ对一定再生骨料取代率下的聚丙烯纤维硅粉再生混凝土梁的开裂荷载㊁极限荷载㊁跨中挠度等进行了有限元分析ꎬ得出了二者的建议掺量ꎬ为再生混凝土梁构件的进一步研究及推广提供了理论基础.１㊀试验方案设计经查阅相关文献表明ꎬ再生混凝土中硅粉(ＳＦ)的掺量为６％~８％ꎬ聚丙烯纤维(ＰＰＦ)掺量不大于１.２ｋｇ/ｍ３ꎬ对混凝土性能提升显著[７￣８].为此ꎬ试验控制水胶比为０.４ꎬ砂率为４５％ꎬ硅粉掺量为０％和８％ꎬ聚丙烯纤维(ＰＰＦ)掺量为０ｋｇ/ｍ３㊁０.６ｋｇ/ｍ３㊁０.９ｋｇ/ｍ３和１.２ｋｇ/ｍ３ꎬ再生粗骨料取代率为３０％的５组混凝土ꎬ并设计５根跨度为１５００ｍｍꎬ截面尺寸１５０ｍｍˑ２５０ｍｍ的再生混凝土梁试件ꎬ其纵向受力筋直径为１２ｍｍ的ＨＲＢ３３５热轧钢筋ꎬ架立筋和箍筋直径为８ｍｍ的ＨＰＢ３００热轧钢筋ꎬ各组混凝土试块的测试结果见表１.表１㊀各组混凝土２８ｄ的力学性能试件编号抗压强度/ＭＰａ轴心抗压强度/ＭＰａ劈裂抗拉强度/ＭＰａ弹性模量/ˑ１０４ＭＰａＳＦ０Ｐ０３４.７５３０.８３２.７１２.８４ＳＦ８Ｐ０３８.４７３３.５２２.９７３.１５ＳＦ８Ｐ０.６３９.２２３４.１３３.１６３.２８ＳＦ８Ｐ０.９４０.３９３５.３２３.２９３.４０ＳＦ８Ｐ１.２３９.４３３３.９１３.１１３.３３２㊀有限元模型的建立２.１㊀单元类型混凝土采用ＳＯＬＩＤ６５单元模拟ꎬ钢筋和箍筋均采用ＬＩＮＫ８单元ꎬ为避免出现应力集中的问题ꎬ在试件的加载点下方和底部支座处设置１５０ｍｍˑ１００ｍｍ的刚性垫板ꎬ有限元模型如图１所示.(ａ)试件网格划分(ｂ)钢筋单元图１㊀有限元模型２.２㊀材料的本构关系１.钢材的本构关系.钢材采用双线性随动强化模型(ＢＫＩＮ)ꎬ如图２(ａ)所示.２.混凝土的本构关系.再生混凝土应力￣应变关系上升段采用文献[７]提出的计算模型ꎬ下降段采用文献[９]提出的计算模型ꎬ如图２(ｂ)所示.(ａ)钢材本构关系(ｂ)混凝土本构关系图２㊀材料本构关系３㊀ＡＮＳＹＳ计算结果分析３.１㊀开裂荷载和极限荷载５组试件的开裂荷载和极限荷载如图３所示.在加载初期ꎬ试件ＳＦ０Ｐ０的开裂荷载为１９.４３ｋＮꎬ而ＳＦ８Ｐ０的开裂荷载较前者的提高了６.３％ꎬ随着ＰＰＦ的掺入ꎬ试件的开裂荷载显著增大ꎬ试件ＳＦ８Ｐ０.９的开裂值达到２３.６６ｋＮꎬ比试件ＳＦ０Ｐ０提高了２１.８％ꎬ比试件ＳＦ８Ｐ０提高了１４.６％.随着荷载继续增加ꎬ试件进入屈服阶段直至破坏ꎬ当ＰＰＦ掺率达到０.９ｋｇ/ｍ３时ꎬ试件的极限荷载达到峰值１２８.５ｋＮꎬ比试件ＳＦ０Ｐ０提高了２０.７％ꎬ比试件ＳＦ８Ｐ０提高了１３.１％.究其原因ꎬ一方面是ＳＦ的活性强ꎬ能够促进水泥颗粒的水化ꎬ使再生混凝土变得致密ꎬ优化了混凝土的强度指标.另一方面ＰＰＦ掺入到再生混凝土试件中ꎬ纤维起到锚固的作用ꎬ拉结效应弥补了因接触面积增大而强度降低的损失ꎬ加强了构件内部的联系ꎬ增加了构件的抗拉和抗弯强度ꎬ提高了承载能力[７].但当ＰＰＦ掺量达到１.２ｋｇ/ｍ３时ꎬ试件ＳＦ８Ｐ１.２的开裂荷载和极限荷载较ＳＦ８Ｐ０.９均有所降低ꎬ分析因为纤维掺量大ꎬ分散不均匀ꎬ与再生混凝土接触不好ꎬ使得再生混凝土的抗拉强度降低.试件编号图３㊀各组试件的开裂荷载和极限荷载３.２㊀等效屈服应力云图选取２组试件的等效屈服应力云图ꎬ如图４㊁图５所示.在加载初期ꎬ试件ＳＦ０Ｐ０最大应力出现在试件的跨中区域ꎻ随着荷载的增大ꎬ最大应力出现在加载点处ꎻ当荷载继续增加到屈服阶段ꎬ最大压应力出现在试件梁跨中的上部受压区ꎬ这主要因为钢筋达到屈服点后ꎬ受压区混凝土的压应力迅速增长直至压碎.而试件ＳＦ８Ｐ０.９在加载初期至３７㊀㊀第７期宋㊀兵ꎬ等:基于ＡＮＳＹＳ的再生混凝土梁抗裂性能有限元分析㊀㊀㊀屈服阶段的应力云图与试件ＳＦ０Ｐ０的最大应力分布相似ꎬ但出现第一条裂缝的时间晚ꎬ且在钢筋屈服后ꎬ试件ＳＦ８Ｐ０.９因为纤维的掺入ꎬ抵抗拉应力的能力逐步提高ꎬ最大应力又出现在试件的跨中区域ꎬ荷载继续增大至破坏ꎬ试件的破坏时间得到延长.试件的破坏过程与文献[１０]中的试验结果相吻合.图４㊀ＳＦ０Ｐ０各阶段等效屈服应力云图３.３㊀荷载￣挠度曲线分析５组试件的荷载￣跨中挠度曲线如图６所示.可以看出ꎬ在加载初期ꎬ各组试件具有相同的荷载￣挠度变化趋势ꎬ呈线性增长ꎻ在进入屈服阶段后ꎬ试件ＳＦ０Ｐ０有明显的拐点ꎬ跨中挠度增加迅速ꎻ而随着ＳＦ和ＰＰＦ的掺入ꎬ曲线过渡平缓ꎬ没有明显折点.在荷载相同时ꎬ试件的挠度呈现显著差异ꎬ试件ＳＦ８Ｐ０.９和ＳＦ８Ｐ１.２抵抗变形的效果比较明显ꎬ且破坏挠度较其他试件明显增大.由此可见ꎬＳＦ的掺入ꎬ提高了再生混凝土的强度和整体刚度ꎬＰＰＦ的掺入ꎬ使得梁的抗裂性能增强㊁延性提高.４㊀结㊀㊀论基于ＡＮＳＹＳ有限元软件模拟分析了不同硅粉和聚丙烯纤维掺量对再生混凝土梁开裂荷载㊁极限荷载及跨中挠度的影响.结果表明:１.适量硅粉和聚丙烯纤维的掺入能提高再生混凝土梁的开裂荷载和极限荷载.当硅粉掺量为８％ꎬ聚丙烯纤维掺量为０.９ｋｇ/ｍ３时ꎬ试件的开裂荷载和极限荷载达到最大值ꎬ分别为２３.６６ｋＮ和１２８.５ｋＮꎬ较ＳＦ０Ｐ０均提高２０％以上.４７㊀㊀吉㊀林㊀化㊀工㊀学㊀院㊀学㊀报㊀㊀２０２０年㊀㊀２.硅粉的掺入ꎬ提高了再生混凝土的强度和整体刚度ꎬ聚丙烯纤维的掺入ꎬ使得梁抵抗拉应力的能力提高ꎬ抗裂性能增强㊁延性提高.参考文献:[１]㊀常锋.混凝土中硅粉的作用机理[Ｊ].中国新技术新产品ꎬ２０１９ꎬ１３:３７￣３８.[２]㊀张合春.硅粉混凝土基本性能试验及作用机理研究[Ｊ].山西建筑ꎬ２０１８ꎬ２０:１０６￣１０７.[３]㊀刘福顺.简析聚丙烯纤维对混凝土强度的影响[Ｊ].湖南交通科技ꎬ２０２０ꎬ１:４５￣４７.[４]㊀周玲珠ꎬ郑愚ꎬ罗远彬.高掺量聚丙烯纤维自密实混凝土试验及性能初探[Ｊ].混凝土ꎬ２０１８ꎬ１２:９０￣９４.[５]㊀ＢＥＨＦＡＲＮＩＡＫꎬＢＥＨＲＡＶＡＮＡ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒｓｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅｌｉｎｉｎｇｏｆｗａｔｅｒｔｕｎｎｅｌｓ[Ｊ].Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｄｅｓｉｇｎꎬ２０１４ꎬ５５:２７４￣２７９.[６]㊀ＲＡＭＥＺＡＮＩＡＮＰＯＵＲＡＡꎬＥＳＭＡＥＩＬＩＭꎬＧＨＡＨＡＲＩＳＡꎬｅｔｃ.Ｌａｂ￣ｏｒａｔｏｒｙｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒｏｎｄｕｒａ￣ｂｉｌｉｔｙꎬａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｃｏｎ￣ｃｒｅｔｅｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｓｌｅｅｐｅｒｓ[Ｊ].ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄ￣ｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓＡｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１３ꎬ４４:４１１￣４１８.[７]㊀李涛.掺加硅粉及纤维改性再生混凝土性能试验研究[Ｊ].河南科学ꎬ２０１５ꎬ３３(３):４２１￣４２５.[８]㊀邱庆莉ꎬ洪叶南ꎬ李海光ꎬ等.聚丙烯纤维硅粉混凝土强度与早期抗裂性能试验[Ｊ].科技通报ꎬ２０１６ꎬ３２(４):１８７￣１９１.[９]㊀王长青ꎬ肖建庄ꎬ孙振平.动态单调荷载下约束再生混凝土单轴受压应力￣应变全曲线方程[Ｊ].土木工程学报ꎬ２０１７ꎬ８:１￣９.[１０]姚琳.混杂纤维再生混凝土梁抗裂性能试验研究[Ｄ].延吉:延边大学ꎬ２０１７.ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｒａｃｋＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＲｅｃｙｃｌｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＢｅａｍｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＳＯＮＧＢｉｎｇ１ꎬＹＡＯＬｉｎ２(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅꎬＪｉｌｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＪｉｌｉｎＣｉｔｙ１３２０２２ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｅｎｔｅｒｏｆＧｏｖｅｒｎｍｅｎｔＩｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔＣｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔｓＭａｎａｇｅｍｅｎｔＣｏｍｍｉｔｔｅｅｏｆＭｕｎｉｃｉｐａｌａｎｄＲｕｒａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＪｉｌｉｎＣｉｔｙꎬＪｉｌｉｎＣｉｔｙ１３２０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒａｎｄｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒｏｎｔｈｅｃｒａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓꎬＡＮＳＹＳｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｃｒａｃｋｌｏａｄꎬｕｌｔｉｍａｔｅｌｏａｄꎬｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｌｏａｄ￣ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆ５ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒａｎｄｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｏｖｅｒａｌｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｃｙｃｌｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅꎬｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｂｅａｍꎬｅｎｈａｎｃｅｓｔｈｅｃｒａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎬｉｍｐｒｏｖｅｓｄｕｃｔｉｌｉｔｙꎬａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｇｌｏａｄａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｌｏａｄ.Ｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒｗａｓ８％ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒｗａｓ０.９ｋｇ/ｍ３ꎬｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｇｌｏａｄａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｌｏａｄｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｆ２３.６６ｋＮａｎｄ１２８.５ｋＮｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬｗｈｉｃｈｗｅｒｅｍｏｒｅｔｈａｎ２０％ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＳＦ０Ｐ０.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒꎻｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒꎻｒｅｃｙｃｌｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍꎻｃｒａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ５７㊀㊀第７期宋㊀兵ꎬ等:基于ＡＮＳＹＳ的再生混凝土梁抗裂性能有限元分析㊀㊀㊀。

裂缝处理的主要方式
裂缝的发生机理及其裂缝理论可参考各种教材和书籍，这里不予赘述。

而这里所言是钢筋混凝土有限元分析中裂缝的数学模型，由于裂缝的处理比较困难，因此其处理方式也很多，可谓百花怒放。

但主要且常用的有三种方法：离散裂缝模型(discrete cracking model)、分布裂缝模型(smeared cracking model)、断裂力学模型。

①离散裂缝模型：也称单元边界的单独裂缝模型，即将裂缝处理为单元边界，一旦混凝土开裂，就增加新的结点，重新划分单元，使裂缝处于单元和单元边界之间。

该法可以模拟和描述裂缝的发生和发展，甚至裂缝宽度也可确定。

但因几何模型的调整、计算量大等，其应用受到限制。

不过也因计算速度和网格自动划分的实现，该模型有可能东山再起。

②分布裂缝模型：也称单元内部的分布裂缝模型，以分布裂缝来代替单独的裂缝，即在出现裂缝以后，仍假定材料是连续的，仍然可用处理连续体介质力学的方法来处理。

即某单元积分点的应力超过了开裂应力，则认为整个积分点区域开裂，并且认为是在垂直于引起开裂的拉应力方向形成了无数平行的裂缝，而不是一条裂缝。

由于不必增加节点和重新划分单元，很容易由计算自动进行处理，因而得到广泛的应用。

③断裂力学或其它模型：断裂力学在混凝土结构分析领域的研究十分活跃，但主要都集中于单个裂缝的应力应变场的分布问题，对于多个裂缝及其各个裂缝之间的相互影响问题，研究工作目前尚不成熟，到能够应用于实际路程还很遥远。

ANSYS采用分布裂缝模型。

混凝土结构的裂缝及其ANSYS分析混凝土结构是建筑工程中常见的结构形式，由于其性能优异，在各种建筑中被广泛使用。

然而，由于混凝土结构的特性，如收缩、膨胀、温度变化、荷载变形等，可能会导致结构出现裂缝。

本文将探讨混凝土结构的裂缝产生原因、裂缝的分类以及使用ANSYS软件进行裂缝分析的方法。

混凝土结构的裂缝产生原因可以从内力和外力两个方面考虑。

内力是由于结构收缩、膨胀和变形引起的，外力则包括温度变化、荷载作用、水膨胀、地震等因素。

裂缝的形成是由于混凝土内部受到拉应力的作用，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会形成裂缝。

根据混凝土结构裂缝的性质和产生原因，常见的裂缝可以分为以下几类：1.收缩裂缝：由于混凝土在干燥过程中会发生收缩，造成内部产生拉应力，从而形成的裂缝。

2.膨胀裂缝：由于温度的变化以及聚合材料的膨胀引起的裂缝，也是常见的一种裂缝类别。

3.荷载裂缝：由于承载结构受到外部荷载作用产生的拉应力引起的裂缝。

4.施工裂缝：由于混凝土的收缩和膨胀，以及施工技术不良等因素引起的裂缝。

5.水膨胀裂缝：由于混凝土受到水的侵蚀，引起水膨胀引起的裂缝。

为了对混凝土结构的裂缝进行分析，可以使用ANSYS软件。

ANSYS是一种通用有限元分析软件，可以用于模拟和分析各种复杂的结构问题。

以下是使用ANSYS进行混凝土结构裂缝分析的方法：1.准备模型：首先需要准备一个混凝土结构的三维模型。

可以使用CAD软件绘制模型，然后导入到ANSYS中。

在绘制模型时，需要注意表达混凝土的材料性质、尺寸和边界条件等。

2.定义材料性质：在ANSYS中定义混凝土的材料性质，包括弹性模量、抗拉强度、抗压强度、收缩系数等参数。

这些参数可以根据实际材料的性质进行设定。

3.应用载荷：在模型中应用实际的载荷和边界条件。

载荷可以包括静载荷、动态荷载以及温度载荷等。

需要注意的是，载荷应符合实际工程情况。

4.网格划分：将模型进行网格划分，将结构划分成小的单元。

基于ANSYS Workbench的预应力混凝土结构开裂分析摘要：为研究裂缝宽度及深度对预应力混凝土箱梁结构受力性能的影响，采用分布裂缝模型，通过SolidWorks软件建立实体模型，利用ANSYS Workbench软件划分网格、添加动静荷载并采用降温法实现预应力加载，完成对实际桥梁进行有限元的分析计算，结果表明不同程度开裂对结构受力有一定影响，但不会对其结构极限承载能力和刚度造成严重损失。

关键词：预应力混凝土裂缝受力性能 ANSYS Workbench SolidWorks1、概述20世纪30年代以来，预应力混凝土结构在桥梁、大型建筑和水工结构等土木工程中得到了大量、广泛的应用。

统计资料表明[1]：近20年来，我国所建混凝土桥梁中，75％以上采用的是预应力混凝土结构。

然而，由于设计、施工和运营管理等方面的不足和缺陷，在役的许多预应力混凝土连续箱梁结构都存在不同形式的裂缝，这些裂缝的存在对结构的安全性、耐久性和正常使用产生了十分不利的影响[2]。

裂缝的出现引起周围钢筋和混凝土受力的变化，结构产生变形，刚度下降，从而导致内力重分布的现象。

由于分布裂缝模型将单个裂缝连续化，不需要改变有限元网格划分，适用于有限元分析并且接近于工程实际情况，文中采用该模型进行分析。

2、结构有限元分析方法2.1结构建模方法此次建模过程中，采用SolidWorks软件构造出结构的各部分的零件图，然后通过配合的方式生成整体结构的装配体文件。

裂缝可以由单独零件切割掉部分结构之后装配而成，从而构建出预应力混凝土结构有限元分析的全桥模型。

2.2结构分析方法通过SolidWorks和ANSYS Workbench的无缝链接，将生成的结构装配体文件直接导入Workbench中，划分网格、添加荷载和控制截面，进行实际的结构受力分析，可以得到直接得到实体单元的应力和应变结果。

在ANSYS中对预应力钢筋混凝土采用整体式的分析方法，将混凝土和钢筋的作用一起考虑，其原理如下：（1）式中，T为预应力钢筋单元的降温量；Ny为有效预应力；α为热膨胀系数；Ay为预应力筋面积。

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。

混凝土裂缝成因分析及处理技术混凝土作为一种广泛应用于建筑结构中的材料，其特点是强度高、耐久性好。

然而，混凝土在使用过程中，往往会出现一些裂缝。

这些裂缝不仅影响美观，还可能导致结构的稳定性问题。

因此，混凝土裂缝的成因分析及处理技术成为了建筑领域中一个非常重要的课题。

一、成因分析1. 浇筑施工造成的裂缝在混凝土浇筑施工过程中，由于一些不可忽视的因素，会导致混凝土出现裂缝。

比如，水泥混凝土的初凝时进行组装操作，如果水泥浆砂浆的凝集体积过高，或者水泥浆砂浆的凝聚度变差，都会导致混凝土表面出现微小的裂纹。

此外，浇注的时候，如果混凝土的流动性不足，或者搅拌不均匀，也会导致浇注的混凝土表面形成较为明显的裂缝。

2. 温度变化引起的裂缝混凝土在硬化过程中，会释放出大量的热量。

如果没有采取适当的措施控制混凝土的温度，就会出现温度变化引起的裂缝。

比如，在施工时，如果未采用预应力策略，就会导致混凝土的温度差异较大，引起裂缝。

此外，在季节交替时，尤其是冬季，由于温度的快速下降，混凝土容易因为收缩而引起裂缝。

3. 荷载产生的应力引起的裂缝建筑结构承受着来自外界的各种荷载作用，这些荷载会引起混凝土内部的应力。

如果这些应力超过了混凝土本身的承载能力，就会导致混凝土的裂缝。

比如，当建筑结构遭受到地震或者风力的荷载时，混凝土很容易受到应力的影响，形成裂缝。

二、处理技术1. 填充修补对于表面的细小裂缝，可以采用填充修补的方法进行处理。

首先需要清理裂缝表面的杂物，然后采用专用的填充材料将裂缝充填，使其密封。

填充材料可以选择聚合物修补剂等，具有较好的粘着力和耐久性。

2. 混凝土补强对于较大的裂缝，特别是那些冲击和荷载承受性较差的地方，需要采取混凝土补强的措施。

一种常见的补强方法是使用纤维增强材料，将其与混凝土混合，增加混凝土的抗张强度和韧性。

此外，也可以使用钢筋等进行增强。

3. 控制温度变化为了避免温度变化引起的裂缝，可以采用控制温度变化的技术。

1. 讨论两种Ansys求极限荷载的方法（1）力加载可以通过对应的方法（比如说特征值屈曲）估计结构的极限荷载的大致范围，然后给结构施加一个稍大的荷载，打开自动荷载步二分法进行非线性静力分析，最后计算会因不收敛终止，则倒数第二个子步对应的就是结构的极限荷载；另外，也可以选择弧长法，采用足够的子步（弧长法可以一直分析到极限承载力之后的过程）同样可以从绘制的荷载位移曲线或计算结果中找出结构的极限荷载。

（2）位移加载给结构施加一个比较大的位移，打开自动荷载步二分法进行非线性分析，保证足够的子步数，这样也可以分析到极限荷载以后，通过绘制荷载位移曲线或查看相应结果文件也可知道结构的极限荷载。

希望众高手讨论一下（1）弧长法求极限荷载的收敛性问题，如何画到荷载位移曲线的下降段？（2）位移法求极限荷载的具体步骤？2. 需要注意的问题1. 由于SOLID 65单元本身是基于弥散裂缝模型和最大拉应力开裂判据，因此在很多情况下会因为应力集中而使混凝土提前破坏，从而和试验结果不相吻合，因此，在实际应用过程中应该对单元分划进行有效控制，根据作者经验，当最小单元尺寸大于5cm 时，就可以有效避免应力集中带来的问题；2. 支座是另一个需要注意的问题。

在有限元分析中，很多时候约束是直接加在混凝土节点上，这样很可能在支座位置产生很大的应力集中，从而使支座附近的混凝土突然破坏，造成求解失败。

因此，在实际应用过程中，应该适当加大支座附近单元的尺寸或者在支座上加一些弹性垫块，避免支座的应力集中；3. 六面体的SOLID 65 单元一般比四面体的单元计算要稳定且收敛性好，因此，只要条件允许，应该尽量使用六面体单元；4. 正确选择收敛标准，一般位移控制加载最好用位移的无穷范数控制收敛，而用力控制加载时可以用残余力的二范数控制收敛。

在裂缝刚刚出现和接近破坏的阶段，可以适当放松收敛标准，保证计算的连续性；3. 关于下降段的问题1）在实际混凝土中都有下降段，但是在计算的时候要特别小心下降段的问题。

混凝土结构构件裂缝原因分析及应对策略一、前言混凝土结构作为建筑体系的重要组成部分，承担着重要的结构支撑作用。

但随着时间的推移，混凝土结构构件裂缝的出现成为了一种常见现象。

这些裂缝不仅影响了建筑的美观度，更重要的是可能影响其结构安全性。

因此，对混凝土结构构件裂缝原因进行分析，并提出相应的应对策略，是当前混凝土结构领域亟待解决的问题。

二、混凝土结构构件裂缝原因分析1、混凝土自身原因：混凝土自身的强度、韧性等物理性能是直接影响构件裂缝的因素。

混凝土强度低、韧性差等因素会导致构件在承受外力时易于发生变形和破坏，从而导致裂缝的出现。

2、温度变化：混凝土构件在受到温度变化时会发生膨胀和收缩，而膨胀和收缩的不均匀性会引起构件的应力不均匀分布，从而导致裂缝的出现。

3、荷载作用：混凝土构件在受到荷载作用时会产生应力，而应力的大小和分布会直接影响构件是否发生裂缝。

如果荷载作用超过了混凝土的承载能力，就会导致构件发生破坏和裂缝。

4、施工工艺：混凝土结构的施工过程中，如模板拆除、浇注不均匀等因素都会对混凝土构件的性能产生影响，从而导致构件裂缝的出现。

5、外部因素：混凝土结构所处的环境也是影响其裂缝的因素之一。

如地震、风力等外部因素都可能导致混凝土构件发生裂缝。

三、应对策略1、提高混凝土强度和韧性：在混凝土结构设计和施工过程中，应注重提高混凝土的强度和韧性，以提高其抗裂能力。

2、控制温度变化：在混凝土构件的设计和施工中，应尽量控制温度变化，减少膨胀和收缩的不均匀性，以避免裂缝的出现。

3、合理设计荷载：在混凝土结构设计中，应根据实际情况合理设计荷载，以避免荷载作用超过混凝土的承载能力。

4、优化施工工艺：在混凝土结构施工过程中，应优化施工工艺，避免模板拆除和浇注不均匀等因素对混凝土构件性能的影响。

5、加强监测和维护：在混凝土结构使用过程中，应定期进行检查和维护，及时发现并处理裂缝，以保证结构安全。

四、结论混凝土结构构件裂缝的出现是由多种因素共同作用的结果，因此，在设计、施工和使用过程中，应综合考虑各种因素，采取相应的应对策略。

基于ANSYS的现浇混凝土楼板裂缝分析文章从混凝土本构关系和目前混凝土破坏开裂准则出发，结合现浇混凝土楼板裂缝的现状和产生原因，利用有限元软件，结合SOLID65单元的应用，分析了在竖向位移作用下四边简支现浇板的裂缝分布、主应力分布等。

为进一步研究现浇楼板裂缝提供理论参考。

标签：有限元；本构关系；破坏准则；楼板裂缝1 引言现浇混凝土楼板裂缝问题一直受到国内外工程人员的关注，裂缝的存在对于结构的耐久性和适用性都会造成极为不利的影响，由于钢筋混凝土结构是多种不同材料经过拌合、振捣、养护后而形成的。

一般情况下，大部分细小的裂缝的存在并不会直接影响到结构的安全和正常使用，但是，如何避免那些可见裂缝，特别是对结构安全有影响的裂缝则是人们普遍关心的。

2 钢筋混凝土本构关系及破坏准则2.1 材料本构关系混凝土采用的本构模型骨架曲线为Kent和Park在1973年提出，后经Scott 等人改进的模式。

在反复加载下钢筋的骨架曲线采用二线型本构模型，超过弹性极限后，钢筋的等效弹性模量取E’=0.01E。

2.2破环准则混凝土开裂前，采用Druck-Prager屈服面模型模拟其塑性行为，即在这种情况下，一般在假设压碎和开裂之前，混凝土材料的塑性变形已经完成。

对于ANSYS中的混凝土材料开裂的失效准则，则采用William-Warnke五参数强度模型。

多轴应力状态下混凝土的失效准则表达式为：3 钢筋混凝土楼板开裂在ANSYS中的模拟3.1 Solid65单元通常钢筋混凝土结构有限元分析的单元分为两种：杆系单元和实体单元。

在结构分析中应尽可能多地采用三维实体单元模型，力求最大程度地真实模拟实际结构构件。

Solid65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，能够使混凝土材料具有开裂、压碎、塑性变形和蠕变的能力，可以模拟材料的拉裂和压溃现象。

3.2 开裂模拟本文钢筋混凝土裂缝有限元分析采用ANSYS中的smeared裂缝模型（单元内部分布裂缝模型），其原理是用分布裂缝代替单独裂缝，在结构出现裂缝以后，仍然假定材料是连续的，通过判断混凝土结构内部的积分点的状态（一般判断等效应力是否大于某数值）来判断单元内部积分点是否开裂，但是该方法无法考虑裂缝的扩展，裂缝之间也不能贯通，对结构进行整体分析时，如果结构划分的网格足够密，其结果还是很理想的。

基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究的开题报告题目：基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究一、选题背景及意义钢筋混凝土结构在现代建筑中得到广泛应用，但是由于其受力性能复杂，有许多因素会影响其荷载承受能力。

其中，裂缝是一种常见的损伤形态，会降低结构的整体性能，影响其使用寿命和安全性。

因此，对钢筋混凝土结构的裂缝分布及宽度进行研究，对于确保结构的安全可靠性具有重要意义。

通过数值分析软件ANSYS，可以快速、准确地模拟钢筋混凝土结构的力学行为，分析裂缝分布及宽度。

此外，随着计算机技术的不断发展，ANSYS在材料模型、边界条件等方面也得到不断提升和完善，其分析结果更加精确、可靠。

本研究旨在利用ANSYS对钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度进行数值模拟分析，探究不同参数对其裂缝行为的影响，为钢筋混凝土结构的设计和施工提供一定的参考依据。

二、研究内容和方法1. 研究内容（1）了解钢筋混凝土结构的基本原理和受力性能，掌握裂缝形成机理。

（2）选取合适的数值模拟软件ANSYS，搭建钢筋混凝土结构的有限元模型。

（3）通过对模型进行加载，模拟不同荷载工况下的裂缝分布情况。

（4）对模拟结果进行分析，研究不同参数对裂缝宽度的影响。

2. 研究方法（1）文献调研法：查阅相关文献，了解钢筋混凝土结构的基本原理和受力性能，掌握裂缝形成机理。

（2）有限元数值模拟法：选取合适的数值模拟软件ANSYS，搭建钢筋混凝土结构的有限元模型，通过对模型进行加载，模拟不同荷载工况下的裂缝分布情况。

（3）数据分析法：对模拟结果进行分析，研究不同参数对裂缝宽度的影响。

三、预期成果1. 理论成果：在了解钢筋混凝土结构的裂缝行为基础上，运用ANSYS数值模拟软件对其裂缝分布情况和宽度进行研究，探究不同参数对裂缝行为的影响。

2. 实际应用：为钢筋混凝土结构的设计和施工提供一定的参考依据，提高其安全可靠性和使用寿命。

四、研究进度安排1. 前期准备阶段（1个月）：文献调研和相关知识学习；选取合适的数值模拟软件，学习软件使用方法。

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。

《混凝土裂缝原因分析及处理方法》混凝土作为现代建筑工程中广泛应用的一种重要材料，其质量的优劣直接关系到建筑物的安全性、耐久性和使用寿命。

然而，在实际工程中，混凝土裂缝问题却时常出现，给工程带来诸多隐患。

本文旨在深入分析混凝土裂缝产生的原因，并探讨相应的处理方法，以期为工程实践提供有益的指导和借鉴。

一、混凝土裂缝产生的原因（一）荷载因素荷载是导致混凝土裂缝产生的主要原因之一。

在建筑物的使用过程中，承受各种静荷载和动荷载的作用。

当荷载超过混凝土的承载能力时，就会在混凝土内部产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，裂缝就会随之产生。

在大跨度结构中，由于荷载较大，容易出现受弯裂缝；在桥梁等工程中，车辆的荷载作用也会引起混凝土裂缝的产生。

（二）温度变化温度的变化也是引起混凝土裂缝的重要因素。

混凝土具有热胀冷缩的特性，在温度升高时会膨胀，温度降低时会收缩。

当混凝土内外温差较大时，由于混凝土的约束作用，内部会产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会导致裂缝的出现。

在大体积混凝土施工中，如果养护措施不当，混凝土内部与外部的温度差过大，就容易产生温度裂缝。

（三）收缩变形混凝土在硬化过程中会发生收缩变形，包括干燥收缩、塑性收缩和自收缩等。

干燥收缩是由于混凝土中的水分蒸发引起的收缩；塑性收缩是在混凝土初凝之前由于表面失水过快而产生的收缩；自收缩是混凝土在水化过程中由于内部水分的减少而引起的收缩。

这些收缩变形如果受到约束，就会在混凝土内部产生拉应力，导致裂缝的产生。

在混凝土浇筑后早期，如果养护不及时或养护措施不到位，就容易出现塑性收缩裂缝。

（四）材料质量问题混凝土材料的质量问题也是引起裂缝的原因之一。

如果混凝土的配合比不合理，水泥用量过大、骨料级配不良、外加剂使用不当等，都会影响混凝土的性能，降低其抗拉强度和抗裂性能，从而容易导致裂缝的产生。

混凝土的原材料质量不合格，如水泥的强度不稳定、骨料中含有杂质等，也会对混凝土的质量产生不利影响。

裂缝处理的主要方式
裂缝的发生机理及其裂缝理论可参考各种教材和书籍，这里不予赘述。

而这里所言是钢筋混凝土有限元分析中裂缝的数学模型，由于裂缝的处理比较困难，因此其处理方式也很多，可谓百花怒放。

但主要且常用的有三种方法：离散裂缝模型(discrete cracking model)、分布裂缝模型(smeared cracking model)、断裂力学模型。

①离散裂缝模型：也称单元边界的单独裂缝模型，即将裂缝处理为单元边界，一旦混凝土开裂，就增加新的结点，重新划分单元，使裂缝处于单元和单元边界之间。

该法可以模拟和描述裂缝的发生和发展，甚至裂缝宽度也可确定。

但因几何模型的调整、计算量大等，其应用受到限制。

不过也因计算速度和网格自动划分的实现，该模型有可能东山再起。

②分布裂缝模型：也称单元内部的分布裂缝模型，以分布裂缝来代替单独的裂缝，即在出现裂缝以后，仍假定材料是连续的，仍然可用处理连续体介质力学的方法来处理。

即某单元积分点的应力超过了开裂应力，则认为整个积分点区域开裂，并且认为是在垂直于引起开裂的拉应力方向形成了无数平行的裂缝，而不是一条裂缝。

由于不必增加节点和重新划分单元，很容易由计算自动进行处理，因而得到广泛的应用。

③断裂力学或其它模型：断裂力学在混凝土结构分析领域的研究十分活跃，但主要都集中于单个裂缝的应力应变场的分布问题，对于多个裂缝及其各个裂缝之间的相互影响问题，研究工作目前尚不成熟，到能够应用于实际路程还很遥远。

ANSYS采用分布裂缝模型。

混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状，并且耐火性好、不易风化、养护费用低，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。

混凝土最主要的缺点是抗拉能力差、脆性大、容易开裂。

大量的工程实践和理论分析表明，几乎所有的混凝土构件均是带裂缝工作的，只是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见（＜0.05mm），一般对结构的使用无大的危害，可允许其存在；我国现行建筑、铁路、公路、水利等部门设计规范均采用限制构件裂缝宽度的办法来保障混凝土结构的正常使用。

有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下，不断产生和扩展，引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀，使混凝土的强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用，必须加以控制。

混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰着工程技术人员。

其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。

实际上，混凝土裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。

本报告对混凝土裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析并提出相应的防治措施，供同行、专家参考、探讨。

混凝土裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：一、荷载引起的裂缝混凝土构件在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

（一）直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。

裂缝产生的原因有：1、设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。

结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足（宁波跨海大桥）；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。

2、施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。