CN105021470B - 3d打印构件层间剪切强度的测试结构及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3D打印构件层间剪切强度的测试结构及测试方法，该测试结构包括：3D打印形成的构件壳体；浇筑形成于构件壳体内、且相互分隔开的第一段混凝土结构、第二段混凝土结构、以及第三段混凝土结构；以及加载装置，对所述构件壳体施加荷载以测得所述构件壳体的层间抗剪承载力，其中：所述构件壳体横向置于所述加载装置上，所述构件壳体上对应第一段混凝土结构和第三段混凝土结构的部分置于所述加载装置上，所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构的部分悬空。在构件壳体内浇筑分隔开的多段混凝土结构，以确保构件壳体能够承受一定的荷载，又不会影响3D打印构件壳体的层间抗剪强度，可以获得精确的构件壳体的层间抗剪承载力。

Description

3D打印构件层间剪切强度的测试结构及测试方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，特指一种3D打印构件层间剪切强度的测试结构及测试方法。

背景技术

3D打印技术在建筑领域已有应用，3D打印建筑技术的成功应用将实现节约建筑材料，降低建筑业的物耗、能耗，减少建筑业对环境的污染。

3D打印建筑构件，如梁、柱、墙等构件是通过3D打印喷头逐层打印、相互叠设形成建筑构件的外壳，根据构件承载力需要确定在其内部进行钢筋配置或混凝土浇筑。然而针对3D打印建筑构件其承载性能如何需要通过试验进行验证。3D打印建筑构件的形成原理决定了其与普通建筑构件的区别：3D打印机逐层打印、相互叠设形成的构件外壳存在剪切强度局部薄弱的问题，而目前现有的建筑构件的抗剪试验方法并不适用于3D打印建筑构件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种3D打印构件层间剪切强度测试结构及测试方法，解决现有建筑构件的抗剪试验方法不适用于3D打印建筑构件的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明一种3D打印构件层间剪切强度的测试方法，包括：

采用3D打印技术，逐层打印形成构件壳体，所述构件壳体内部中空形成浇筑空间；

于所述浇筑空间内依次浇筑形成相互分隔开的第一段混凝土结构、第二段混凝土结构、以及第三段混凝土结构；

将所述构件壳体放置在加载装置上，其中：所述构件壳体上对应第一段混凝土结构和第三段混凝土结构的部分置于所述加载装置上，所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构的部分悬空；

通过所述加载装置对所述构件壳体上与悬空相对的侧部施加荷载，以测得所述构件壳体的层间抗剪承载力。

采用在3D打印的构件壳体内浇筑分隔开的多段混凝土结构，为3D打印构件壳体增加一定的结构强度，以确保构件壳体能够承受一定的荷载，而混凝土结构之间相互分隔，不会影响3D打印构件壳体的层间抗剪强度，可以获得精确的3D打印构件壳体的层间抗剪承载力。

本发明3D打印层间剪切强度的测试方法的进一步改进在于，于所述浇筑空间内依次浇筑形成相互分隔开的第一段混凝土结构、第二段混凝土结构、以及第三段混凝土结构包括：

于所述浇筑空间内浇筑混凝土形成第一段混凝土结构，确保所述第一段混凝土结构与所述构件壳体之间紧密贴合；

于所述第一段混凝土结构之上铺设第一分隔层；

于所述第一分隔层之上、所述浇筑空间内浇筑混凝土形成第二段混凝土结构，确保所述第二段混凝土结构与所述构件壳体紧密贴合；

于所述第二段混凝土结构之上铺设第二分隔层；

于所述第二分隔层之上、所述浇筑空间内浇筑混凝土形成第三段混凝土结构，确保所述第三段混凝土结构与所述构件壳体紧密贴合。

本发明3D打印层间剪切强度的测试方法的进一步改进在于，所述第一分隔层和所述第二分隔层为单层或多层气垫膜。

本发明3D打印层间剪切强度的测试方法的进一步改进在于，所述加载装置包括千斤顶、与所述千斤顶连接的加载钢板、以及置于地面的垫板，所述加载钢板与所述第二段混凝土结构的厚度相同，所述垫板与所述第一段混凝土结构和所述第三段混凝土结构的厚度相同；

将所述构件壳体放置在加载装置上，包括：

将所述构件壳体上对应所述第一段混凝土结构和所述第三段混凝土结构的部分置于所述垫板上，

所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构的部分朝向地面的一侧悬空；

通过所述加载装置对所述构件壳体上与悬空相对的侧部施加荷载，包括：在所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构的部分背向地面的一侧放置所述加载钢板；

通过所述千斤顶和所述加载钢板对所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构的部分施加荷载，当所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构部分相对于两端部发生位移时，此时的荷载即为所述构件壳体的层间抗剪承载力。

本发明3D打印层间剪切强度的测试方法的进一步改进在于，所述加载装置还包括反力架和支设于地面上的反力架支座，所述反力架支设于所述反力架支座上，所述反力架上活动连接所述千斤顶。

本发明一种3D打印构件层间剪切强度的测试结构，包括：

3D打印形成的构件壳体，内部中空形成浇筑空间；

浇筑形成于所述浇筑空间内且相互分隔设置的第一段混凝土结构、第二段混凝土结构、以及第三段混凝土结构；以及

加载装置，对所述构件壳体施加荷载以测得所述构件壳体的层间抗剪承载力，其中：

所述构件壳体横向置于所述加载装置上，所述构件壳体上对应第一段混凝土结构和第三段混凝土结构的部分置于所述加载装置上，所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构的部分悬空。

本发明3D打印构件层间剪切强度的测试结构的进一步改进在于，所述的第一段混凝土结构、第二段混凝土结构、以及第三段混凝土结构均与所述构件壳体紧密贴合，所述第一段混凝土结构和所述第二段混凝土结构之间铺设有第一分隔层，所述第二段混凝土结构和所述第三段混凝土结构之间铺设有第二分隔层。

本发明3D打印构件层间剪切强度的测试结构的进一步改进在于，所述第一分隔层和所述第二分隔层为单层或多层气垫膜。

本发明3D打印构件层间剪切强度的测试结构的进一步改进在于，所述加载装置包括千斤顶、与所述千斤顶连接的加载钢板、以及置于地面的垫板，所述加载钢板与所述第二段混凝土结构的厚度相同，所述垫板与所述第一段混凝土结构和所述第三段混凝土结构的厚度相同。

本发明3D打印构件层间剪切强度的测试结构的进一步改进在于，所述加载装置还包括反力架和支设于地面上的反力架支座，所述反力架支设于所述反力架支座上，所述反力架上活动连接所述千斤顶。

附图说明

图1为本发明3D打印构件层间剪切强度的测试方法中构件壳体的立面示意；

图2为本发明3D打印构件壳体的横向剖面俯视图；

图3为本发明3D打印构件壳体中浇筑第一段混凝土结构的竖向剖面示意图；

图4为本发明3D打印构件壳体中铺设第一分隔层的竖向剖面示意图；

图5为本发明3D打印构件壳体中浇筑第二段混凝土结构的竖向剖面示意图；

图6为本发明3D打印构件壳体中铺设第二分隔层的竖向剖面示意图；

图7为本发明3D打印构件壳体中浇筑第三段混凝土结构的竖向剖面示意图；以及

图8为本发明3D打印构件层间剪切强度的测试方法中通过加载装置加载测试的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种3D打印构件层间剪切强度的测试结构及测试方法，用于测试3D打印的构件壳体的层间剪切强度，解决现有的建筑构件的抗剪试验方法不适用于3D打印的建筑构件。在3D打印构件壳体内浇筑相互分隔开的多段混凝土结构，一方面通过混凝土结构增加构件壳体的结构强度，使其可承受一定的荷载，另一方面通过分隔设置的方式，避免混凝土结构对构件壳体的层间抗剪强度的影响，确保测得构件壳体的层间抗剪承载力的精确性。在构件壳体内浇筑混凝土时，确保混凝土结构与构件壳体件的紧密贴合，避免混凝土结构与构件壳体间的出现空鼓现象，而对构件壳体的受力产生影响。下面结合附图对本发明3D打印构件层间剪切强度的测试结构及测试方法进行说明。

参阅图7，显示了本发明3D打印构件壳体中浇筑第三段混凝土结构的竖向剖面示意图。参阅图8，显示了本发明3D打印构件层间剪切强度的测试方法中通过加载装置加载测试的结构示意图。下面结合图7和图8，对本发明3D打印构件层间剪切强度的测试结构进行说明。

如图7和图8所示，本发明3D打印构件层间剪切强度的测试结构包括构件壳体11、第一段混凝土结构12、第二段混凝土结构13、第三段混凝土结构14、以及加载装置21，构件壳体11采用3D打印技术逐层打印形成，结合图3所示，构件壳体11内部中部形成有浇筑空间111，浇筑空间111用于浇筑形成第一段混凝土结构12、第二段混凝土结构13、以及第三段混凝土结构14，第二段混凝土结构13形成于第一段混凝土结构12之上，且与第一段混凝土结构12相互分隔设置，第三段混凝土结构14形成于第二段混凝土结构13之上，且于第二段混凝土结构13相互分隔设置，加载装置21对构件壳体施加荷载以测得构件壳体11的层间抗剪承载力，测试时，将构件壳体11横向置于加载装置21上，构件壳体11上对应第一段混凝土结构12和第三段混凝土结构14的部分置于加载装置21上，对应第二段混凝土结构13的部分悬空，通过加载装置对构件壳体11上悬空的部分加载朝向地面的荷载，以测得构件壳体11的层间抗剪承载力，即获得了3D打印构件壳体11的剪切强度。

如图7所示，在打印构件壳体11时，在底座10上打印制作构件壳体11，待打印的构件壳体11成型后，在浇筑空间内浇筑混凝土形成第一段混凝土结构12，浇筑过程中及时振捣密实，保证混凝土结构的浇筑面与构件壳体的内壁面紧密贴合，之间无空鼓现象，在第一段混凝土结构12上铺设第一分隔层15，在第一分隔层15之上浇筑第二段混凝土结构13，通过第一分隔层15将第一段混凝土结构12和第二段混凝土结构13分隔开，在于第二段混凝土结构13上铺设第二分隔层16，在第二分隔层16之上浇筑第三段混凝土结构14，通过第二分隔层16将第二段混凝土结构13和第三段混凝土结构14分隔开。第一段混凝土结构12、第二段混凝土结构13、以及第三段混凝土结构14浇筑时要确保混凝土结构与构件壳体11的内侧面紧密贴合，确保混凝土结构无空鼓现象。第一分隔层15和第二分隔层16为单层或者多层气垫膜，该气垫膜的作用为防止两段混凝土结构接触粘结，将混凝土结构分隔开；气垫膜确保剪切面处无后浇筑的混凝土，气垫膜很软，对3D打印壳体层间抗剪强度基本无影响。

如图8所示，加载装置21包括千斤顶211、加载钢板212、垫板213、反力架214、以及反力架支座215，加强钢板212与千斤顶211连接，垫板213置于地面，用于支撑待测试的构件壳体11，反力架支座215置于地面，反力架214设于反力架支座215上，反力架214通过反力架支座215立设于地面上，千斤顶211活动连接在反力架214上，千斤顶211可以沿反力架214上下运动，加载钢板212的宽度与第二段混凝土结构13的厚度相同，垫板213的宽度与第一段混凝土结构12和第三段混凝土结构14的厚度相同。在进行构件壳体11的层间剪切强度时，将构件壳体11横向放置在加载装置21上，构件壳体11对应第一段混凝土结构12和第三段混凝土结构14的两端部放置在垫板213上，确保第一段混凝土结构12和第三段混凝土结构14放置在垫板213上，构件壳体11对应第二段混凝土结构13的中间部分悬空设置，其与地面之间的空隙为垫板213的厚度，该构件壳体11的中间部分具有朝向地面的一侧和背向地面的一侧，加载钢板212放置在背向地面的一侧，该加载钢板212正好对应第二段混凝土结构13设置，通过千斤顶211和加载钢板212对构件壳体11的中间部分背向地面的一侧施加荷载，当构件壳体11中间部分相对两端部发生明显位移时，可认为3D打印构件壳体11剪切面破坏，此时千斤顶施加的荷载为3D打印构件壳体11的层间抗剪承载力，也就获得了构件壳体11的层间剪切强度。

下面对本发明3D打印构件层间剪切强度的测试方法进行说明。

如图1所示，采用3D打印技术，在底座10上逐层打印形成构件壳体11，如图2所示，在构件壳体11内部中空形成有浇筑空间111，该浇筑空间111用于浇筑混凝土；

如图3至图7所示，在浇筑空间111内依次浇筑形成相互分隔开的第一段混凝土结构12、第二段混凝土结构13、以及第三段混凝土结构14，结合图3所示，在构件壳体11的强度发展完全时，在浇筑空间111内灌注混凝土，形成第一段混凝土结构12，浇筑过程中及时振捣，保证混凝土与构件壳体11紧密贴合，之间无空鼓现象；结合图4所示，待第一段混凝土结构12初凝后，在第一段混凝土结构12之上铺设第一分隔层15，该第一分隔层15在浇筑空间111内满铺，通过第一分隔层15将第一段混凝土结构12的上表面覆盖，该第一分隔层15为单层或多层气垫膜，气垫膜的作用为防止后浇筑的混凝土与第一段混凝结构12接触粘结，保证构件壳体11的剪切面处无后浇筑的混凝土，气垫膜很软，对3D打印构件壳体11的层间抗剪强度基板无影响；结合图5所示，在第一分隔层15之上、浇筑空间111内浇筑混凝土，形成第二段混凝土结构13，浇筑时及时振捣，保证混凝土与构件壳体11紧密贴合，之间无空鼓现象；结合图6所示，在第二段混凝土结构13之上铺设第二分隔层16，第二分隔层16在浇筑空间111内满铺，通过第二分隔层16将第二段混凝土结构13的上表面覆盖，该第二分隔层16为单层或多层气垫膜，气垫膜的作用为防止后浇筑的混凝土与第二段混凝结构13接触粘结，保证构件壳体11的剪切面处无后浇筑的混凝土，气垫膜很软，对3D打印构件壳体11的层间抗剪强度基板无影响；结合图7所示，在第二分隔层16之上、浇筑空间111内浇筑混凝土形成第三段混凝土结构14，浇筑过程中及时振捣，保证混凝土与构件壳体11紧密贴合，之间无空鼓现象；

如图8所示，将构件壳体11横向放置在加载装置21上，构件壳体11上对应第一段混凝土结构12和第三段混凝土结构14的两端部置于加载装置上，构件壳体11上对应第二段混凝土结构13的中间部分悬空，通过加载装置21对构件壳体11上与悬空相对的侧部施加荷载，以测得构件壳体11的层间抗剪承载力。该加载装置21包括千斤顶211、与千斤顶211连接的加载钢板212、以及置于地面的垫板213，加载钢板212的宽度与第二段混凝土结构13的厚度相同，垫板213的宽度与第一段混凝土结构12和第三段混凝土结构13的厚度相同，将构件壳体11横向放置在加载装置21上时，构件壳体11上对应第一段混凝土结构12和第三段混凝土结构14的两端部置于垫板213上，构件壳体11上对应第二段混凝土结构13的中间部分悬空设置，该中间部分具有朝向地面的一侧和背向地面的一侧，其朝向地面的一侧悬空与地面之间存有垫板13厚度的间隙，而背向地面的一侧放置加载钢板212，通过千斤顶211和加载钢板212对构件壳体11上对应第二段混凝土结构13的中间部分施加荷载，千斤顶211通过加载钢板212施加在构件壳体11中间部分背向地面的一侧，当构件壳体11上对应第二段混凝土结构13的中间部分相对于两端部发生明显的位移时，可以认为3D打印构件壳体11剪切面破坏，此时的千斤顶211施加的荷载为3D打印构件壳体11的层间抗剪承载力。加载装置21还包括反力架214和支设于地面上的反力架支座215，反力架214支设于反力架支座215上，同反力架支座215立设在地面上，反力架214上活动连接千斤顶211，千斤顶211可沿着反力架214上下运动。利用测得的构件壳体11的层间抗剪承载力，可以计算出层间抗剪粘结强度，该层间抗剪粘结强度等于层间抗剪承载力除以层间接触面积。

本发明3D打印层间剪切强度的测试方法及测试结构的有益效果为：

采用在3D打印的构件壳体内浇筑分隔开的多段混凝土结构，为3D打印构件壳体增加一定的结构强度，以确保构件壳体能够承受一定的荷载，而混凝土结构之间相互分隔，不会影响3D打印构件壳体的层间抗剪强度，可以获得精确的3D打印构件壳体的层间抗剪承载力。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种3D打印构件层间剪切强度的测试方法，其特征在于，包括：

采用3D打印技术，逐层打印形成构件壳体，所述构件壳体内部中空形成浇筑空间；

于所述浇筑空间内依次浇筑形成相互分隔开的第一段混凝土结构、第二段混凝土结构、以及第三段混凝土结构；

将所述构件壳体放置在加载装置上，其中：所述构件壳体上对应第一段混凝土结构和第三段混凝土结构的部分置于所述加载装置上，所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构的部分悬空；

通过所述加载装置对所述构件壳体上与悬空相对的侧部施加荷载，以测得所述构件壳体的层间抗剪承载力。

2.如权利要求1所述的3D打印构件层间剪切强度的测试方法，其特征在于，于所述浇筑空间内依次浇筑形成相互分隔开的第一段混凝土结构、第二段混凝土结构、以及第三段混凝土结构包括：

于所述浇筑空间内浇筑混凝土形成第一段混凝土结构，确保所述第一段混凝土结构与所述构件壳体之间紧密贴合；

于所述第一段混凝土结构之上铺设第一分隔层；

于所述第一分隔层之上、所述浇筑空间内浇筑混凝土形成第二段混凝土结构，确保所述第二段混凝土结构与所述构件壳体紧密贴合；

于所述第二段混凝土结构之上铺设第二分隔层；

于所述第二分隔层之上、所述浇筑空间内浇筑混凝土形成第三段混凝土结构，确保所述第三段混凝土结构与所述构件壳体紧密贴合。

3.如权利要求2所述的3D打印构件层间剪切强度的测试方法，其特征在于，所述第一分隔层和所述第二分隔层为单层或多层气垫膜。

4.如权利要求1所述的3D打印构件层间剪切强度的测试方法，其特征在于，所述加载装置包括千斤顶、与所述千斤顶连接的加载钢板、以及置于地面的垫板，所述加载钢板的宽度与所述第二段混凝土结构的厚度相同，所述垫板的宽度与所述第一段混凝土结构和所述第三段混凝土结构的厚度相同；

将所述构件壳体横向放置在加载装置上，包括：将所述构件壳体上对应所述第一段混凝土结构和所述第三段混凝土结构的部分置于所述垫板上，所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构的部分朝向地面的一侧悬空；

通过所述加载装置对所述构件壳体上与悬空相对的侧部施加荷载，包括：在所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构的部分背向地面的一侧放置所述加载钢板；通过所述千斤顶和所述加载钢板对所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构的部分施加荷载，当所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构部分相对于两端部发生位移时，此时的荷载即为所述构件壳体的层间抗剪承载力。

5.如权利要求4所述的3D打印构件层间剪切强度的测试方法，其特征在于，所述加载装置还包括反力架和支设于地面上的反力架支座，所述反力架支设于所述反力架支座上，所述反力架上活动连接所述千斤顶。

6.一种3D打印构件层间剪切强度的测试结构，其特征在于，包括：

3D打印形成的构件壳体，内部中空形成浇筑空间；

浇筑形成于所述浇筑空间内且相互分隔设置的第一段混凝土结构、第二段混凝土结构、以及第三段混凝土结构；以及

加载装置，对所述构件壳体施加荷载以测得所述构件壳体的层间抗剪承载力，其中：

所述构件壳体横向置于所述加载装置上，所述构件壳体上对应第一段混凝土结构和第三段混凝土结构的部分置于所述加载装置上，所述构件壳体上对应所述第二段混凝土结构的部分悬空。

7.如权利要求6所述的3D打印构件层间剪切强度的测试结构，其特征在于，所述的第一段混凝土结构、第二段混凝土结构、以及第三段混凝土结构均与所述构件壳体紧密贴合，所述第一段混凝土结构和所述第二段混凝土结构之间铺设有第一分隔层，所述第二段混凝土结构和所述第三段混凝土结构之间铺设有第二分隔层。

8.如权利要求7所述的3D打印构件层间剪切强度的测试结构，其特征在于，所述第一分隔层和所述第二分隔层为单层或多层气垫膜。

9.如权利要求6所述的3D打印构件层间剪切强度的测试结构，其特征在于，所述加载装置包括千斤顶、与所述千斤顶连接的加载钢板、以及置于地面的垫板，所述加载钢板宽度与所述第二段混凝土结构的厚度相同，所述垫板的宽度与所述第一段混凝土结构和所述第三段混凝土结构的厚度相同。

10.如权利要求9所述的3D打印构件层间剪切强度的测试结构，其特征在于，所述加载装置还包括反力架和支设于地面上的反力架支座，所述反力架支设于所述反力架支座上，所述反力架上活动连接所述千斤顶。