阅读说明：本技术 一种大跨度异型拱结构的3d打印自锁装配建造方法 (3D printing self-locking assembly construction method for large-span special-shaped arch structure ) 是由 王里 马国伟 于 2020-05-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法,包括以下步骤：(1)将大跨度异型拱结构由一端至另一端分为若干个依次相连的子拱圈,且任意相邻的两个子拱圈能够自锁；(2)完成每个子拱圈的打印轮廓设计,并输出为混凝土3D打印机可读取的数据,导入打印机。(3)3D打印每个子拱圈的外壳模板,以及外壳模板的封底,并洒水养护28天；(4)制作钢筋笼,并将钢筋笼设置在对应的外壳模板内,然后在外壳模板内浇筑混凝土,振捣；(5)将各个子拱圈运至施工现场,按照从接近桥台至远离桥台的顺序依次吊装子拱圈,直至全拱装配完成。本发明有效降低了大跨度异型拱结构3D打印的建造难度,提高了大跨度异型拱结构的建造效率。(The invention discloses a 3D printing self-locking assembly construction method of a large-span special-shaped arch structure, which comprises the following steps of: (1) dividing the large-span special-shaped arch structure into a plurality of sub-arch rings which are sequentially connected from one end to the other end, wherein any two adjacent sub-arch rings can be self-locked; (2) and finishing the printing contour design of each sub-arch ring, outputting data which can be read by a concrete 3D printer, and importing the data into the printer. (3)3D printing the shell template of each sub-arch ring and the back cover of the shell template, and watering and maintaining for 28 days; (4) manufacturing a reinforcement cage, arranging the reinforcement cage in a corresponding shell template, then pouring concrete in the shell template, and vibrating; (5) and (4) transporting each sub-arch ring to a construction site, and sequentially hoisting the sub-arch rings from the part close to the abutment to the part far away from the abutment until the whole arch assembly is completed. The invention effectively reduces the construction difficulty of 3D printing of the large-span special-shaped arch structure and improves the construction efficiency of the large-span special-shaped arch structure.)

一种大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，特别是涉及一种大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法。

背景技术

随着基于3D打印技术的混凝土装配式建造技术的发展，其在桥梁建造领域中的应用也不断被尝试。随着混凝土3D打印技术在桥梁领域应用中的不断探索，混凝土3D打印桥梁的大型化是一个必然的发展趋势。

对于大跨度异型拱结构的建造，目前有两种方案可以实现：

(1)传统的建筑工艺，不使用3D打印：

现有的装配式桥梁建造工艺中，子拱圈的建造方式多为先支钢模→然后浇筑混凝土。即根据所需子拱圈的尺寸、形状，搭建钢制模板，再浇筑混凝土成型。

此类方法的缺点：成本大、时间长、效率低、人工劳动力依赖性大。这种建造方式所耗费的经济成本、时间成本都较为高昂，主要体现在钢模的使用上。首先，对于混凝土浇筑而言，钢模多为一次性用具，当一项工程结束后，钢模就报废了，而搭建钢模的成本较为高昂，这就很大程度上抬高了成本。其次，对于一种型号的构件而言，钢模的数量是有限的，受限于成本，不可能为每一个构件都搭建一个钢模，很多时候得等待上一个构件到达龄期脱模后才能进行下一个构件的浇筑，这也很大程度上拖慢了工期。此类方法基本上是靠人力操作实现，效率不高、准确程度难以保证、人力费用也较大。

(2)3D打印的方法实现：

现有的3D打印方法来实现，就是要搭建和研发一个比设计的拱结构要更大的打印机来完成建造。此类方法的缺点：实际工程中结构构件的长度、宽度也是多种多样，不可能建造一个打印机能满足各种结构构件的尺寸要求，如果建造一个超级大型的打印机也可以，但是灵活性、建造成本也高、超大打印机的操控也很难。此外，大尺寸的混凝土构件不易一次性成型，主要是混凝土材料的体积越大收缩越大，开裂的风险也越大，质量难以保证。此外，即便是一次性成型了质量得到保证的大尺寸结构构件，将来在运输、吊装施工过程中也是一个很大的挑战，增加了施工的复杂性。

发明内容

本发明的目的是提供一种大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法，以解决上述现有技术存在的问题，降低大跨度异型拱结构3D打印的建造难度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法，包括以下步骤：

(1)将大跨度异型拱结构由一端至另一端分为若干个依次相连的子拱圈，且任意相邻的两个所述子拱圈能够自锁；

(2)完成每个所述子拱圈的打印轮廓设计，并输出为混凝土3D打印机可读取的数据，导入打印机。

(3)3D打印每个所述子拱圈的外壳模板，以及所述外壳模板的封底，并洒水养护28天；

(4)根据每个所述外壳模板的受力情况来设计每个所述外壳模板的钢筋笼，然后制作所述钢筋笼，并将所述钢筋笼设置在对应的所述外壳模板内，然后在所述外壳模板内浇筑混凝土，振捣，并洒水养护28天，得到各个所述子拱圈；

(5)将各个所述子拱圈运至施工现场，按照从接近桥台至远离所述桥台的顺序依次吊装所述子拱圈，且在所述子拱圈与相邻所述子拱圈的接触面上涂刷粘合材料使得相邻的两个所述子拱圈能够充分粘合且自锁，直至全拱装配完成；在粘合材料强度生成后，建造过程即结束。

优选的，相邻的两个所述子拱圈通过自锁结构咬合，所述自锁结构为“V”形接口。

优选的，所述子拱圈为3个。

优选的，所述粘合材料为环氧基界面粘合材料。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法有效降低了大跨度异型拱结构3D打印的建造难度，提高了大跨度异型拱结构的建造效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法中大跨度异型拱结构的结构示意图；

图2为本发明大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法的流程图；

图3为本发明大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法中采用不同形状的自锁结构的实验结果图；

图4为本发明大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法中“I”形自锁结构的结构示意图；

图5为本发明大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法中“π”形自锁结构的结构示意图；

图6为本发明大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法中“S”形自锁结构的结构示意图；

图7为大跨度异型拱结构受恒载的均布荷载时的弯矩图；

其中：1-第一子拱圈，2-第二子拱圈，3-第三子拱圈，4-桥台，5-环氧基界面粘合材料层，6-第一自锁结构，7-第二自锁结构，8-第三自锁结构，9-第四自锁结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法，以解决上述现有技术存在的问题，降低大跨度异型拱结构3D打印的建造难度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图6所示：本实施例大跨度异型拱结构的3D打印自锁装配建造方法，包括以下步骤：

(1)将大跨度异型拱结构由一端至另一端分为若干个依次相连的子拱圈，且任意相邻的两个子拱圈能够自锁；

具体的，首先设计异型拱结构，在根据所需跨度、净空及承载能力要求等，并尽量吻合合理拱轴线来设计拱结构的拱轴线，并完成全拱的设计。确定自锁界面在异型拱上的位置，即确定异型拱分段的位置。如果大跨度异型拱结构为全截面受压拱，则根据跨度、承载能力以及降低打印难度和装配难度的需要，来合理确定全拱的分段数及分段位置，将分段界面位置设计在使各分段拱结构构件打印难度较低、收缩开裂风险较低、装配难度较低的位置，也可根据其他需求灵活选择。如果大跨度异型拱结构为部分截面受拉拱，则根据全拱的弯矩图，务必避免分段界面位于受拉区，可以在受压区内再根据降低打印难度以及装配难度等的需要来灵活选择分段界面位置。确定好自锁界面在全拱上的位置后，选取所需的自锁形式及夹角，本实施例将大跨度异型拱结构分为第一子拱圈1、第二子拱圈2和第三子拱圈3，第一子拱圈1的右端设置有第一自锁结构6，第二子拱圈2的左端设置有第二自锁结构7，第二子拱圈2的右端设置有第三自锁结构8，第三子拱圈3的左端设置有第四自锁结构9，第一自锁结构6与第二自锁结构7咬合，第三自锁结构8与第四自锁结构9咬合。

在实际运用中第一自锁结构6、第二自锁结构7、第三自锁结构8和第四自锁结构9可以设计为“V”形、“I”形、“π”形和“S”形，图3为采用上述四种形状的自锁结构的拱结构的抗拉强度实验结果，采用“V”形的自锁结构的拱结构的抗拉强度最好；因此，本实施例中第一自锁结构6、第二自锁结构7、第三自锁结构8和第四自锁结构9均优选为“V”形，根据不同分段构件的尺寸及体积，“V”形的夹角宜在90°～140°之间选择。另外，考虑到提高拱结构的稳定性，自锁结构的设置位置需满足相邻的两个自锁结构吻合后的几何中心与拱结构的弯矩＝0的点重合，参见图7。

(2)完成每个子拱圈的打印轮廓设计，并输出为混凝土3D打印机可读取的数据，导入打印机。

(3)3D打印每个子拱圈的外壳模板，以及外壳模板的封底，并洒水养护28天；

(4)根据每个外壳模板的受力情况来设计每个外壳模板的钢筋笼，然后制作钢筋笼，并将钢筋笼设置在对应的外壳模板内，然后在外壳模板内浇筑混凝土，振捣，并洒水养护28天，得到各个子拱圈；

(5)将各个子拱圈运至施工现场，先吊装位于桥台4一端的分段拱构件，在自锁界面涂刷约1cm厚度的环氧基界面粘合材料层5后，将设计相对接的分段拱构件与之装配粘结；再按照从接近桥台至远离桥台的顺序依次吊装子拱圈，直至全拱装配完成；在粘合材料强度生成后，建造过程即结束。

环氧基界面粘合材料的配比如表1所示：

表1环氧基界面粘合材料的配比(单位：g)

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“笫二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。