本发明涉及有限元数值模拟分析，具体涉及一种钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法。
背景技术：
1、钢筋发生锈蚀，其锈蚀产物的体积往往是原来的2-6倍，使周围混凝土收到挤压，随着锈蚀程度的加剧，将导致混凝土保护层受拉而开裂。钢筋混凝土构件一旦开裂，就会加剧钢筋的锈蚀，从而进一步加剧裂缝的扩展，导致保护层剥落，最终导致结构的破坏，严重影响混凝土结构的耐久性及安全性。对混凝土结构耐久性及安全性进行评估的一个重要指标就是钢筋的锈蚀率，通过锈蚀率可计算构件及结构的剩余承载力。目前工程中还没办法通过无损检测的手段直接测得钢筋锈蚀率，而是根据钢筋混凝土构件表面的锈胀开裂情况来估计内部钢筋的锈蚀程度，这就需要建立钢筋锈蚀率与裂缝宽度间的关系，目前此方面的数值模拟方法研究主要是建立二维模型，只能分析某一截面处锈蚀率与裂缝宽度的关系，实际上裂缝沿长度方向宽度不同，且长度方向上由于钢筋锈蚀不均匀性，钢筋锈蚀率较小的部位会对钢筋锈蚀率大的部位裂缝宽度存在约束作用，采用二维模型难以反映钢筋长度方向锈蚀不均匀性对裂缝开展的影响，计算结果与实际情况存在差别。
技术实现思路
1、为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种一种钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法、存储介质及设备。
2、为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现：
3、第一方面，本发明提供一种钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法，包括以下步骤：
4、s1、建立混凝土有限元模型；
5、s2、设置混凝土有限元模型的材料参数；
6、s3、设置分析步，选择分析步的程序类型，勾选出所需要的场输出变量和历程输出变量；
7、s4、建立圆柱坐标系，在预留钢筋孔位处沿径向和纵向施加位移荷载，对混凝土顶面采用全约束；
8、s5、为混凝土有限元模型划分网格，赋予网格属性；其中，混凝土设置为八节点一次线性六面体单元；
9、s6、将混凝土有限元模型提交软件运行；
10、s7、获得软件处理结果。
11、作为上述方案的改进，所述s4包括：以施加位移的形式表示钢筋锈胀力，对钢筋进行三维扫描，根据钢筋进行三维扫描结果，统计分析钢筋沿径向和纵向方向的锈蚀形态，得到锈蚀率与锈蚀形态的关系模型。
12、作为上述方案的改进，所述s4中沿径向施加的位移荷载分为非角区和角区两种情况，计算公式分别如下：
13、非角区钢筋表面的混凝土径向位移表达式为：
14、
15、角区钢筋表面的混凝土径向位移表达式如下：
16、
17、式中：r为钢筋半径；u1为靠近保护层一侧混凝土径向位移；u2为远离保护层一侧混凝土径向位移，两者关系有：u1＝30u2。
18、作为上述方案的改进，角区钢筋和非角区钢筋混凝土锈胀开裂关键参数的计算公式如下：
19、过渡段混凝土径向位移公式为：
20、u2＝-ax2+ua2 (3)
21、非角区单位长度内钢筋总锈蚀体积vs为：
22、
23、角区单位长度内钢筋总锈蚀体积vs为：
24、
25、非角区50cm长钢筋总锈蚀体积v为：
26、
27、角区50cm长钢筋总锈蚀体积v为：
28、
29、ub2＝ua2-400a (8)
30、非角区50cm长钢筋平均锈蚀率计算公式为：
31、
32、角区50cm长钢筋平均锈蚀率计算公式为：
33、
34、非角区最大截面锈蚀率计算公式为：
35、
36、角区最大截面锈蚀率计算公式为：
37、
38、其中：ηs,max为钢筋最大截面锈蚀率，ηs为钢筋平均锈蚀率，ηs,max＝2.8ηs；ua2为锈蚀最大截面处混凝土径向位移；ub2为锈蚀较均匀截面处的径向位移；δ0为钢筋和周围混凝土之间空隙过渡区厚度；ρ为钢筋锈蚀产物膨胀率。
39、作为上述方案的改进，所述s1包括：在混凝土有限元模型的中部或者角部预留钢筋直径和长度孔位，分别表示混凝土有限元模型的中部或角部钢筋。
40、作为上述方案的改进，混凝土有限元模型的材料参数包括混凝土材料的密度、弹性模量、泊松比以及塑性。
41、作为上述方案的改进，所述塑性的参数选择混凝土塑性损伤模型。
42、作为上述方案的改进，所述s3设置的分析步采用静态常规算法，采用固定分析步，增量为0.001。
43、第二方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如第一方面所述的钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法。
44、第三方面，本发明提供一种设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如第一方面所述的钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法。
45、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
46、本申请通过对不均匀锈蚀钢筋锈蚀形态进行分析，得到可用于三维有限元分析的钢筋锈蚀率与锈胀开裂间的关系，可对构件长度方向锈胀开裂特征进行分析，得到钢筋长度方向不均匀锈蚀对裂缝宽度的影响，更接近实际情况。
1.一种钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法，其特征在于，所述s4包括：以施加位移的形式表示钢筋锈胀力，对钢筋进行三维扫描，根据钢筋的三维扫描结果，统计分析钢筋沿径向和纵向方向的锈蚀形态，得到位移沿径向截面和纵向截面的加载形式。
3.根据权利要求1所述的钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法，其特征在于，所述s4中沿径向施加的位移荷载分为非角区和角区两种情况，计算公式分别如下：
4.根据权利要求3所述的钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法，其特征在于，角区钢筋和非角区钢筋混凝土锈胀开裂关键参数的计算公式如下：
5.根据权利要求1所述的钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法，其特征在于，所述s1包括：在混凝土有限元模型的中部或者角部预留钢筋直径和长度孔位，分别表示混凝土有限元模型的中部或角部钢筋。
6.根据权利要求1所述的钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法，其特征在于，混凝土有限元模型的材料参数包括混凝土材料的密度、弹性模量、泊松比以及塑性。
7.根据权利要求1或6所述的钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法，其特征在于，所述塑性的参数选择混凝土塑性损伤模型。
8.根据权利要求1所述的钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法，其特征在于，所述s3设置的分析步采用静态常规算法和采用固定分析步，增量为0.001。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1至8任一所述的钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法。
10.一种设备，其特征在于，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至8任一所述的钢筋锈蚀率与混凝土结构锈胀开裂关系三维数值模拟方法。
