CN208586502U - 3d打印桥梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种3D打印桥梁，属于建筑施工技术领域领域。所述3D打印桥梁包括组合式基础、钢筋混凝土底拱、混凝土顶拱和长期性能监测传感器组件，其中，组合式基础包括两个间隔设置的桥梁基础，以及通过基础连接件与所述桥梁基础连接的桥台；钢筋混凝土底拱包括底模、混凝土底拱圈以及固结在所述混凝土底拱圈内的钢筋骨架；混凝土顶拱包括混凝土下拱圈、混凝土上拱圈以及纯受压混凝土拱圈；长期性能监测传感器组件包括混凝土试块、温度传感器、应变传感器、位移传感器。所述3D打印桥梁能够对混凝土顶拱的耐久性、位移、应变、温度等进行长期监测，并能充分利用混凝土的抗压性能，而且具有高安全性的优点。

Description

3D打印桥梁

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印桥梁，属于建筑施工技术领域领域。

背景技术

传统建筑业的机械化和自动化程度较低，其发展迫切需要转型升级。随着 3D打印技术的发展并逐渐成熟，该技术将给劳动力密集型的建筑业带来技术革新。建筑3D打印技术具有机械化自动化程度高、一次成型、建筑耗材和工艺损耗少等特点，是实现建筑业转型升级的一种重要手段，是解决建筑高效、安全、数字化、自动化、智能化建造的有效途径，其研究已成为建筑业的发展趋势。

桥梁工程3D打印与常规建筑3D打印不同，其涉及到大跨度水平构件的建造，且要求具备高安全性，目前尚无正常运营的桥梁出现，仅存在少数实验桥梁。目前的实验3D打印桥梁存在如下不足：3D打印混凝土桥梁需严格设计成全受压构件，已有的3D打印桥梁难以达到全受压的条件，无法估计桥梁的耐久性，且桥梁的安全性得不到保障。

实用新型内容

针对现有3D打印桥梁存在的上述问题，本实用新型提供了一种3D打印桥梁，能够对混凝土顶拱的耐久性、位移、应变、温度等进行长期监测，并能充分利用混凝土的抗压性能，而且具有高安全性的优点，既能作为实验性桥梁采集各种实验数据，又能投入实际运营。

为解决以上技术问题，本实用新型包括如下技术方案：

一种3D打印桥梁，包括：

组合式基础，包括两个间隔设置的桥梁基础，以及通过基础连接件与所述桥梁基础连接的桥台，所述桥台包括贯通的内腔体；

钢筋混凝土底拱，两端分别支撑于两个所述桥台上，包括底模、设置在所述底模上的混凝土底拱圈，以及固结在所述混凝土底拱圈内的钢筋骨架；

混凝土顶拱，位于所述钢筋混凝土底拱的上方，且两端分别支撑于两个所述桥台上，包括混凝土下拱圈、混凝土上拱圈，以及位于所述混凝土下拱圈、混凝土上拱圈之间的纯受压混凝土拱圈；以及，

长期性能监测传感器组件，包括混凝土试块、温度传感器、应变传感器、位移传感器；所述混凝土试块位于所述桥台的内腔体中，所述混凝土试块与所述混凝土顶拱材料相同且同条件打印；所述温度传感器、应变传感器设置于所述底模的底部；所述位移传感器设置于所述混凝土下拱圈的顶面上以及所述混凝土上拱圈的顶面上。

优选为，所述长期性能监测传感器组件还包括设置于所述纯受压混凝土拱圈内的腐蚀传感器。

优选为，所述桥台的横断面为三角形，所述钢筋混凝土底拱和混凝土顶拱的两端垂直支撑于所述桥台的侧面上。

优选为，所述底模采用混凝土构件，所述钢筋骨架固定在所述底模上。

优选为，所述基础连接件包括预埋在所述桥梁基础中的预埋钢筋和设置于所述桥台中的钢筋套筒。

优选为，所述纯受压混凝土拱圈为桁架式混凝土构件结构。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)本实用新型提供的3D打印桥梁的混凝土顶拱包括混凝土下拱圈、混凝土上拱圈和纯受压混凝土拱圈，纯受压混凝土拱圈能够将来自混凝土上拱圈的作用力转化为纯压力，然后传递至混凝土下拱圈，更能充分利用混凝土的抗压性能，另外，纯受压混凝土拱圈采用桁架式混凝土构件，在增加了混凝土顶拱的厚度的同时仅增加了少量的重量，也使得混凝土顶拱具有质轻、抗压性强的优点；

(2)设置长期性能监测传感器组件，能够对混凝土顶拱的耐久性、位移、应变、腐蚀性、温度等进行长期监测，从而为3D打印桥梁的安全运营提供保障；

(3)设置钢筋混凝土底拱，既能实现对混凝土顶拱性能的监测目的，同时又增加了3D打印桥梁的安全性，使本实用新型提供的3D打印桥梁既能作为实验性3D打印桥梁采集各种实验数据，又能使其投入实际运营中。

附图说明

图1为3D打印桥梁的结构示意图；

图2为3D打印桥梁的正视图；

图3为图2中A区域的局部放大图；

图4为3D打印桥梁的打印方法示意图。

图中标号如下：

组合式基础100；桥梁基础110；桥台120；基础连接件130；

钢筋混凝土底拱200；底模210；混凝土底拱圈220；钢筋骨架230；

混凝土顶拱300；混凝土下拱圈310；纯受压混凝土拱圈320；混凝土上拱圈330；

长期性能监测传感器组件400；混凝土试块410；温度传感器420；应变传感器430；位移传感器440；腐蚀传感器450。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提供的一种3D打印桥梁作进一步详细说明。结合下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

实施例一

请参阅图1、图2和图3，本实施例中的一种3D打印桥梁，包括组合式基础100、钢筋混凝土底拱200、混凝土顶拱300和长期性能监测传感器组件 400。其中钢筋混凝土底拱200和混凝土顶拱300采用3D打印，并在3D打印过程中，安放长期性能监测传感器组件400。

如图2所示，组合式基础100包括两个间隔设置的桥梁基础110，以及通过基础连接件130与桥梁基础110连接的桥台120，桥台120包括贯通的内腔体121。作为举例，基础连接件130包括设置在桥梁基础110中的预埋钢筋，以及设置在桥台120中的钢筋套筒，桥台120和桥梁基础110之间通过钢筋套筒和预埋钢筋拼接；当然，桥台120也可以与桥梁基础110一起施工，通过锚固钢筋加强二者之间的连接。优选为，桥台120的横断面为三角形，钢筋混凝土底拱200和混凝土顶拱300的两端垂直支撑于桥台120的侧面上。

结合图2和图3所示，钢筋混凝土底拱200包括底模210、设置在底模210 上的混凝土底拱圈220，以及固结在混凝土底拱圈220内的钢筋骨架230。其中，底模210具有和混凝土底拱圈220相同的曲率半径，可采用木模板、钢模板，优选采用预制的混凝土构件作为模板，并可成为3D打印桥梁的永久性结构。

结合图2和图3所示，混凝土顶拱300位于所述钢筋混凝土底拱200的上方，且两端分别支撑于两个所述桥台120上，混凝土顶拱300包括混凝土下拱圈310、混凝土上拱圈330，以及位于混凝土下拱圈310、混凝土上拱圈330 之间的纯受压混凝土拱圈320。混凝土上拱圈330的作用力，经纯受压混凝土拱圈320转化为纯压力，然后传递至混凝土下拱圈310。作为举例，纯受压混凝土拱圈320为桁架式混凝土杆件结构。纯受压混凝土拱圈320能够充分利用混凝土较高的抗压性能，使混凝土顶拱300具有质轻、抗压性强的优点。

结合图2和图3所示，长期性能监测传感器组件400包括混凝土试块410、温度传感器420、应变传感器430、位移传感器440。混凝土试块410位于桥台120的内腔体121中，且混凝土试块410与混凝土顶拱300材料相同且同条件打印，混凝土试块410放入内腔体121后，内腔体121两端不封闭，保持通风状态，混凝土试块410用于测试混凝土顶拱300的耐久性。温度传感器420 设置于底模210的底部，用于监测3D打印桥梁的温度变化。应变传感器430设置于底模210的底部，用于监测底模210的应变，间接监测3D打印桥梁的应变。位移传感器440设置于混凝土下拱圈310顶面上，以及混凝土上拱圈 330的底面上，用于监测混凝土顶拱300的长期变形。

优选为，长期性能监测传感器组件400还包括设置于纯受压混凝土拱圈 320内的腐蚀传感器450，用于监测混凝土顶拱300的长期腐蚀性能变化。

综上所述，本实用新型提供的3D打印桥梁的混凝土顶拱300包括混凝土下拱圈310、混凝土上拱圈330和纯受压混凝土拱圈320，纯受压混凝土拱圈 320能够将来自混凝土上拱圈330的作用力转化为纯压力，然后传递至混凝土下拱圈310，更能充分利用混凝土的抗压性能，另外，纯受压混凝土拱圈320 采用桁架式混凝土构件，在增加了混凝土顶拱300的厚度的同时仅增加了少量的重量，也使得混凝土顶拱300具有质轻、抗压性强的优点；设置长期性能监测传感器组件400，能够对混凝土顶拱300的耐久性、位移、应变、腐蚀性、温度等进行长期监测，从而为3D打印桥梁的安全运营提供保障；设置钢筋混凝土底拱200，既能实现对混凝土顶拱300性能的监测目的，同时又增加了3D 打印桥梁的安全性。使本实用新型提供的3D打印桥梁既能作为实验性3D打印桥梁采集各种实验数据，又能使其投入实际运营中。

实施例二

本实施例提供了一种3D打印桥梁的施工方法，结合图1至图4所示，对该施工方法作进一步描述。该施工方法主要包括如下步骤：

第一步：进行桥梁基础110施工。对于桥梁基础110的施工，可采用常规施工方法(立模、绑扎钢筋、混凝土浇筑)，或采用3D打印的方式(立模、绑扎钢筋、混凝土3D打印)。

第二步：在构件打印区域，将安装有钢筋骨架230的底模210水平铺设，自下而上逐层打印钢筋混凝土底拱200的混凝土和桥台120的混凝土，形成钢筋混凝土底拱200和桥台120，并在底模210的另一侧安放安装温度传感器420、应变传感器430。参见图4所示，本实施例中所说的将底模210水平铺设，即使底模210的纵剖面水平设置，采用该方式，有利于钢筋混凝土底拱 200和中空桥台120的打印。桥台120的钢筋可以固结在钢筋混凝土底拱200 的钢筋骨架230上，从而是钢筋混凝土底拱200与桥台120形成一体结构。

第三步：采用3D打印方式依次打印混凝土顶拱300的混凝土下拱圈310、纯受压混凝土拱圈320、混凝土上拱圈330，在打印过程中，在纯受压混凝土拱圈320的构件内部安装腐蚀传感器450，在混凝土下拱圈310的顶面上以及混凝土上拱圈330的顶面上设置若干位移传感器440，并同步打印混凝土试块 410。纯受压混凝土拱圈320采用桁架式混凝土杆件结构，与混凝土下拱圈310、混凝土上拱圈330之间形成众多空隙，位移传感器440位于该空隙中且固定在混凝土下拱圈310、混凝土上拱圈330上。

第四步：将打印完成的桥台120、钢筋混凝土底拱200、混凝土顶拱300 翻转90°后吊装并固定至桥梁基础110上，并在桥台120的内腔体121中放入打印的混凝土试块410。如图4所示，打印好的构件需要沿x轴旋转90°后，吊装至桥梁基础110上，并用基础连接件130将桥台120与桥梁基础110固定。

第五步：监测3D打印桥梁的长期性能。对混凝土顶拱300的耐久性、位移、应变、温度和腐蚀性等指标进行长期监测，从而获得实验性的3D打印桥梁在运营环境中随时间推移的各种性能指标。

作为3D打印桥梁的另一种施工方法，也可以将桥台120与桥梁基础110 一起施工，仅3D打印钢筋混凝土底拱200和混凝土顶拱300。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种3D打印桥梁，其特征在于，包括：

组合式基础，包括两个间隔设置的桥梁基础，以及通过基础连接件与所述桥梁基础连接的桥台，所述桥台包括贯通的内腔体；

钢筋混凝土底拱，两端分别支撑于两个所述桥台上，包括底模、设置在所述底模上的混凝土底拱圈，以及固结在所述混凝土底拱圈内的钢筋骨架；

混凝土顶拱，位于所述钢筋混凝土底拱的上方，且两端分别支撑于两个所述桥台上，包括混凝土下拱圈、混凝土上拱圈，以及位于所述混凝土下拱圈、混凝土上拱圈之间的纯受压混凝土拱圈；以及，

长期性能监测传感器组件，包括混凝土试块、温度传感器、应变传感器、位移传感器；所述混凝土试块位于所述桥台的内腔体中，所述混凝土试块与所述混凝土顶拱的材料相同且同条件打印；所述温度传感器、应变传感器设置于所述底模的底部；所述位移传感器设置于所述混凝土下拱圈的顶面上以及所述混凝土上拱圈的顶面上。

2.如权利要求1所述的3D打印桥梁，其特征在于，所述长期性能监测传感器组件还包括设置于所述纯受压混凝土拱圈内的腐蚀传感器。

3.如权利要求1所述的3D打印桥梁，其特征在于，所述桥台的横断面为三角形，所述钢筋混凝土底拱和混凝土顶拱的两端垂直支撑于所述桥台的侧面上。

4.如权利要求1所述的3D打印桥梁，其特征在于，所述底模采用混凝土构件，所述钢筋骨架固定在所述底模上。

5.如权利要求1所述的3D打印桥梁，其特征在于，所述基础连接件包括预埋在所述桥梁基础中的预埋钢筋和设置于所述桥台中的钢筋套筒。

6.如权利要求1所述的3D打印桥梁，其特征在于，所述纯受压混凝土拱圈为桁架式混凝土构件结构。