[发明专利]一种用于3D打印混凝土结构的层间嵌订方法

说明书

本发明公开了一种用于3D打印混凝土结构的层间嵌订方法：选取基本结构构件，由构件尺寸和材料力学性能计算基本结构构件的承载能力，确定嵌订结构的尺寸、布置方式、布置间距和布置数量；根据基本结构构件的构件种类、承载工况和打印的混凝土层厚度确定嵌订结构两端的弯折长度，嵌订结构两端的弯折长度大于单层混凝土层的厚度；根据基本结构构件的适用打印方式打印混凝土层，并根据嵌订结构的布置方式和布置间距在混凝土层之间布置嵌订结构，重复打印混凝土层和布置嵌订结构，直至形成完整的基本结构构件。该方法利用嵌订结构对3D打印混凝土结构进行层间加强，提升混凝土结构的抗剪性能。

技术领域

本发明涉及3D打印和建筑结构技术领域，特别涉及一种用于3D打印混凝土结构的层间嵌订方法。

背景技术

3D打印技术是一种新型“去模化”增材制造技术，将3D打印技术运用于传统建筑行业可以实现混凝土免模免拆，节约成本，保护环境的目的，并且3D打印混凝土技术具有很强的形塑能力，可以方便的打印出美观的建筑艺术品。将3D打印技术运用于建筑桥梁结构已有先例，2018年1月12日，世界上最大规模的3D打印混凝土步行桥在上海落成，标志着3D打印混凝土技术从研发向实际应用迈出了新的一步，也表明我国3D打印混凝土技术已经达到世界先进水平。

尽管3D打印材料从可打印性和打印成型后的性能均表现出良好的建造适用性，但目前的打印施工工艺还无法做到在打印过程中进行配筋，只能在层条内部采用定向纤维(CN 106313272 A)，绳线材(CN 109227875 B)进行平行层条方向的增强，局限了打印结构的形式和承载能力。由于混凝土结构的抗剪失效脆性特征显著，有要实现更大的空间跨度，打印出具有较高承载能力的3D打印混凝土大型结构，需对其进行有效的层间增强，以保证结构在各种工况下的整体受力性能。

发明内容

本发明公开了一种用于3D打印混凝土结构的层间嵌订方法，该方法利用嵌订结构对3D打印混凝土结构进行层间加强，提升混凝土结构的抗剪性能。

本发明提供如下技术方案：

一种用于3D打印混凝土结构的层间嵌订方法，所述层间嵌订方法包括以下步骤：

(1)选取基本结构构件，由构件尺寸和材料力学性能计算基本结构构件的承载能力，确定嵌订结构的尺寸、布置方式、布置间距和布置数量；所述嵌订结构为对刚性材料的两端进行弯折后形成，用于插入混凝土层后提高层间抗剪性能；

(2)根据基本结构构件的构件种类、承载工况和打印的混凝土层厚度确定嵌订结构两端的弯折长度，所述嵌订结构两端的弯折长度大于单层混凝土层的厚度；

(3)根据基本结构构件的适用打印方式打印混凝土层，并根据嵌订结构的布置方式和布置间距在混凝土层之间布置嵌订结构，重复打印混凝土层和布置嵌订结构，直至形成完整的基本结构构件。

本发明利用嵌钉结构提高混凝土3D打印基本结构构件的层间粘结，嵌订结构的两端弯折可以保证基本结构构件在服役期间相邻打印层间的有效嵌固作用，从而改善层间抗剪性能，提升其整体性，使之在承载时不会发生层间受剪破坏和沿打印层间面的劈裂破坏。其中，嵌钉结构两端的弯折长度应大于单层混凝土厚度，以保证穿透打印层，从而才能对相邻层起到有效嵌固作用。

在步骤(1)中，所述嵌订结构的尺寸包括嵌订结构的长度和直径，所述嵌订结构的长度根据3D打印基本结构构件的截面尺寸和考虑工作环境设定的保护层确定，并预留两端的弯折长度；所述嵌订结构的直径小于单层打印混凝土层的厚度；所述嵌订结构的布置方式和布置间距分别根据主拉应力迹线和大小确定。

嵌订结构的直径小于单层打印混凝土层的厚度，用以避免在打印过程中阻碍打印头行进路线。如以现阶段3D打印混凝土结构常用层厚为10mm为例，嵌钉直径宜选择6-10mm。

优选的，所述嵌订结构的布置方式为将嵌订结构的两端弯折朝下后垂直或斜向插入湿态混凝土层中。