不同成型混凝土粗糙表面接触力学特性研究

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蒸压加气混凝土已广泛应用于装配式建筑填充墙体材料中,而作为砌体承重墙体运用却较少,为突破这一问题,需对其界面接触力学性能进行深入细致研究。界面接触广泛存在于装配式建筑中,但土木工程领域针对蒸压加气混凝土及混凝土粗糙表面的接触力学性能研究还非常匮乏,一方面是缺乏相关试验依据,另一方面则是缺乏合适的微观理论分析计算模型。为进一步推动相关研究,为装配式界面接触提供基础试验数据及相关理论分析,本文的主要工作及研究成果有:(1)本文从微观角度出发,利用非接触式设备扫描得到不同切割方式加气混凝土及混凝土表面真实三维形貌数据并完成原始数据的降噪和精简,多维度定量评定了相关表面粗糙度特征,并完成表面逆向重构;(2)利用三维W-M分形函数对扫描表面进行数字化表征,并完成加气混凝土表面的W-M函数的相关性改进。研究表明:机械或手工切割加气混凝土及普通混凝土表面均满足自仿射分形特征,并通过多种方法求得其特征参数G和D值,建立起分形粗糙度、分形维数与粗糙度联系;(3)通过若干组蒸压加气混凝土及混凝土法向正压及切向摩擦滑移试验,建立起力-位移、力-面积及摩擦系数曲线关系,完成接触受力机理分析。研究结果表明:法向接触过程中接触面积、法向位移均为非线性增长,结合面处于弹性、弹塑性以及塑性接触的混合态,小接触点为塑性接触,随着载荷增加向弹性接触转变;滑移过程受塑性流动及粘着效应影响,磨损量大,摩擦特性处于不断变化之中;(4)基于真实模型及分形模型进行有限元计算分析,验证模型有效性并通过改变表面形貌、纹路方向、分形粗糙度及分形维数方式进行参数化分析,得到加气混凝土及混凝土结合面库伦摩擦关键参数取值及一般接触特性规律。研究表明:真实模型及分形模型均能在模拟法向接触和切向滑移接触中提供合理准确结果,真实模型略优于分形模型;法向接触中,轮廓高度或表面复杂程度越大,接触面积越小,法向位移越大,同时,应力范围缩小造成凸峰应力集中;切向滑移中,摩擦行为对界面条件极其敏感,其受材料特性、纹路加载方向、微凸体高度、表面复杂程度等多种因素影响。
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