CN112343343A - 一种3d打印混凝土异型无腹筋梁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印混凝土异型无腹筋梁的方法，所述混凝土异型无腹筋梁构件从上自下依次包括矩形翼缘层、曲面腹板层、弯曲钢筋网层、外部混凝土保护层四部分；其特征在于，方法为：采用3D打印混凝土技术依次打印矩形翼缘层、曲面腹板层；然后人工布置弯曲钢筋层；最后采用3D打印混凝土技术打印混凝土保护层。本发明方法通过造型优化，按照梁的受力情况设置混凝土，节约了混凝土材料的用量，在打印过程中沿打印方向铺设钢筋，避免了水平筋后安装时带来的施工不便，同时解决了后安装时的钢筋与混凝土粘结问题，简化施工。

Description

一种3D打印混凝土异型无腹筋梁的方法
技术领域
本发明涉及一种制作混凝土梁的方法，尤其涉及一种3D打印混凝土异型无腹筋梁的方法。
背景技术
随着3D打印技术的不断发展，3D打印已经广泛应用于工业造型、包装、制造、建筑、艺术、医学、航空航天等多个领域。而3D打印技术在建筑领域的应用研究仍属于探索阶段，受其打印方式的约束，无法在垂直于打印路径的方向配筋，因此3D打印混凝土的应用受到了很大的限制。而3D打印混凝土在节约材料，降低环境污染，节省人力物力等方面有着显著的优势，所以寻求其可以实际应用的方式，才可以促进其在建筑行业的进一步发展。
国内外很多专家学者已经就3D打印构件做出了一些探索，研究相关专利发现，对于构件的打印方式，主要可以分为两类，一是先打印混凝土外壳，内部插入钢筋后浇筑混凝土，这种方式只适用于形状规则的构件；二是逐层直接打印，只配置沿打印层方向的钢筋或不配置钢筋，这种方式适用于不规则形状的构件，但对受力性能有一定限制。国内外对3D打印混凝土构件的研究主要为规则的混凝土剪力墙、框架柱与框架梁，采用的打印方式也集中于第一类打印方式。
异型梁造型自由美观，在承担荷载的同时起到更好的装饰作用，且造型通过设计更满足受力特性，能够节省不必要的材料。但在传统的混凝土结构制作方法中，受到模板设置的限制，异型梁的制作困难重重，而3D打印混凝土技术不需要模板的特点，刚好解决了这个难题。
因此将3D打印混凝土技术与异型梁构件结合起来，形成一种应用于混凝土异型无腹筋梁构件打印的方法，既能解决3D打印混凝土构件的应用问题，又能摆脱模板的限制，实现梁造型自由的设想，节省资源，减少材料浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，运用3D打印混凝土技术实现异型梁的打印，在保证质量和安全的前提下，节省材料、人力、时间成本等，符合绿色施工的要求。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种3D打印混凝土异型无腹筋梁构件的方法，所述混凝土异型无腹筋梁构件从上自下依次包括矩形翼缘层、曲面腹板层、弯曲钢筋网层、外部混凝土保护层四部分。所述方法为采用3D打印混凝土技术依次打印矩形翼缘层、曲面腹板层，然后人工布置弯曲钢筋层，最后打印混凝土保护层。
采用回字型路径打印矩形翼缘层。
矩形翼缘层从边缘往中心按照回字形逐层打印，打印层之间的间隙错开。
在矩形翼缘层的基础上，沿腹板宽度方向逐层按Z字型路径打印曲面腹板层，逐层堆积打印完成；其中，每层打印混凝土平面外轮廓为双曲线形，每条混凝土的长度从左向右对称的先减小后增大；混凝土打印层按设计尺寸逐渐缩小，曲面腹板层的横截面为抛物线型。
在曲面腹板层外放置由预弯折的曲面钢筋网组成的弯曲钢筋网层；弯曲钢筋网层包括纵向弯曲钢筋与直的横向钢筋；纵向弯曲钢筋为抛物线型，且两端水平弯折，平行于翼缘板，使钢筋网完全贴合于曲面腹板层；端部平行于翼缘板的钢筋留有足够的锚固长度；横向钢筋为了固定纵向弯曲钢筋而设置，置于梁的内侧，纵向弯曲钢筋置于梁的外侧。
在钢筋网外侧沿梁宽度方向打印外部混凝土保护层，沿梁的宽度方向按照直线往复路径打印，历经一个往复步骤后调节一次打印高度。
有益效果：
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下的有益效果：
本发明通过3D打印技术快速成型，较普通混凝土异型梁的制作方法，无需制作复杂模板浇筑施工，且不需要养护，更易实施，节省人力物力，有利于建筑工业化，有利于绿色施工。本发明不配置腹筋，避免了受打印工艺限制，3D打印混凝土构件整体打印时，无法在垂直于打印方向放置钢筋的难题。本发明在打印过程中放置钢筋网，避免了钢筋后安装带来的不变，简化施工，且钢筋网的配置使所述梁构件满足受力要求。本发明通过受力特性优化造型，使其受力更加合理，减少多余材料的使用，节约材料，同时避免了梁的剪切破坏。本发明每层打印的混凝土外表面凹凸不平，有利于梁的不同部分之间的粘结，另外还有利于后续的装修，增加了抹灰等与梁表面的摩擦力，避免了抹灰等脱落的现象。
附图说明
图1是3D打印混凝土异型无腹筋梁的矩形翼缘层打印路径示意图；
图2是3D打印混凝土异型无腹筋梁的曲面腹板层打印路径示意图；
图3是3D打印混凝土异型无腹筋梁的弯曲钢筋网层示意图；
图4是3D打印混凝土异型无腹筋梁的倒放俯视图；
图5是3D打印混凝土异型无腹筋梁的侧视图；
图6是3D打印混凝土异型无腹筋梁的主视图；
图7是3D打印混凝土异型无腹筋梁的A-A剖面图；
图8是3D打印混凝土异型无腹筋梁的B-B剖面图；
图9为图8的C部放大示意图；
图10是将图8取一半的详细示意图；
图11为图10的D部放大示意图；
图中：1矩形翼缘层，2曲面腹板层，3弯曲钢筋网层的纵向弯曲钢筋，4弯曲钢筋网层的横向钢筋，5外部混凝土保护层。
具体实施方式
下面结合附图以及具体的实施方式，对本发明作进一步详细的说明。
本发明所述方法采用3D混凝土直接打印技术，从上到下倒置打印所述梁构件。
第一步，打印矩形翼缘层1，打印路径参见图1，因为梁翼缘主要受压的特性，矩形翼缘层采用从边缘到中心回字形的打印路径，逐层打印，直至满足矩形翼缘层的设计厚度为止。
第二步，在打印好的矩形翼缘层的基础上，打印曲面腹板层2，打印路径参见图2，为了便于打印，沿梁的宽度方向按照直线Z字型的路径往复打印，逐层堆积；每层打印混凝土平面外轮廓为双曲线形，每条混凝土的长度从左向右对称的先减小后增大，混凝土打印层按设计尺寸逐渐缩小，曲面腹板层的横截面为抛物线型。
第三步，在打印好的矩形翼缘层1与曲面腹板层2的基础上，人工放置预先弯曲制作好的弯曲钢筋网层，弯曲钢筋网层包括纵向弯曲钢筋3与直的横向钢筋4，参见图3、图8和图9，纵向弯曲钢筋3为抛物线型，且两端水平弯折，平行于翼缘板；使钢筋网完全贴合于曲面腹板层；端部平行于翼缘板的钢筋留有足够的锚固长度；横向钢筋4为了固定纵向弯曲钢筋而设置，置于梁的内侧，纵向弯曲钢筋置于梁的外侧。
最后一步，打印外部混凝土保护层，沿梁的宽度方向按照直线往复路径打印，历经一个往复步骤后调节一次打印高度，参见图8和图10；外部混凝土保护层的厚度根据规范对混凝土保护层厚度的要求设计，根据外部混凝土的厚度选择合适的打印机口径。
图7为梁的A-A剖面图，具体位置参见图4，该位置为截面抛物线曲率最大处，且为侧面混凝土保护层厚度最小处，要使其满足规范要求。图8为梁的B-B剖面图，具体位置参见图4。图10为将图8取一半进行详细示意，由图8、图10可得本发明所述梁构件不同部分之间的关系和纵向弯曲钢筋的弯曲形状及端部锚固方式。图4、图5和图6分别为通过本发明制作完成所述梁构件的俯视图，侧视图和主视图。

Claims (6)

1.一种3D打印混凝土异型无腹筋梁构件的方法，所述混凝土异型无腹筋梁构件从上自下依次包括矩形翼缘层、曲面腹板层、弯曲钢筋网层、外部混凝土保护层四部分；其特征在于，方法为：
采用3D打印混凝土技术依次打印矩形翼缘层、曲面腹板层；
然后人工布置弯曲钢筋层；
最后采用3D打印混凝土技术打印混凝土保护层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特点在于：采用回字型路径打印矩形翼缘层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特点在于：矩形翼缘层从边缘往中心按照回字形逐层打印，打印层之间的间隙错开。
4.根据权利要求1所述的方法，其特点在于：在矩形翼缘层的基础上，沿腹板宽度方向逐层按Z字型路径打印曲面腹板层，逐层堆积打印完成；其中，每层打印混凝土平面外轮廓为双曲线形，每条混凝土的长度从左向右对称的先减小后增大；混凝土打印层按设计尺寸逐渐缩小，曲面腹板层的横截面为抛物线型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特点在于：在曲面腹板层外放置由预弯折的曲面钢筋网组成的弯曲钢筋网层；弯曲钢筋网层包括纵向弯曲钢筋与直的横向钢筋；纵向弯曲钢筋为抛物线型，且两端水平弯折，平行于翼缘板，使钢筋网完全贴合于曲面腹板层；端部平行于翼缘板的钢筋留有足够的锚固长度；横向钢筋为了固定纵向弯曲钢筋而设置，置于梁的内侧，纵向弯曲钢筋置于梁的外侧。
6.根据权利要求1所述的方法，其特点在于：在钢筋网外侧沿梁宽度方向打印外部混凝土保护层，沿梁的宽度方向按照直线往复路径打印，历经一个往复步骤后调节一次打印高度。
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