一种用于3D打印混凝土构件钢筋网络连接的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印混凝土构件钢筋网络连接的方法。包括：计算构件内部的钢筋布置方式及需要进行跨3D打印混凝土层连接的钢筋节点位置；根据单层混凝土高度及宽度确认所需连接部总长度及其所需加工的钢筋直径，制造出连接部的凸端子与凹端子；打印前，将连接部凸端子与凹端子分别焊接在需要进行连接的钢筋节点处两侧，据打印构件的外形、连接节点位置、连接部连接的间歇时间确定总打印流程；根据打印流程打印混凝土层时先进行带凸端子钢筋的铺设，后在间歇时间内将带凹端子的钢筋相应地与带凸端子的钢筋进行连接。该方法有效解决3D打印混凝土构件难以随3D打印中进行跨层钢筋连接与固定、空间刚性钢筋骨架形成问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印混凝土构件钢筋网络连接的方法


[0001]本专利技术涉及智能建造和土建施工技术，特别涉及一种用于3D打印混凝土构件钢筋网络连接的方法。

技术介绍

[0002]3D打印技术为一种新型快速成型、增材制造技术，其实际应用可大幅度节约人力成本、能源与资源并提高加工产品的精度和效率，从而显著改变制造业的生产方式。当下由于素混凝土材料自身的抗拉强度低、破坏时常发脆性破坏的特点，已有数个将各式纤维添加入3D打印混凝土材料的案例，如CN 113183279A、CN108129102A、 CN108147742A等。然而仅依靠纤维进行3D打印混凝土的抗拉能力增强效果有限且不经济，并且3D打印过程中易造成纤维定向分布从而导致混凝土力学各向异性更加显著。因此开发可使3D打印混凝土结构中构建与目前常规混凝土工程中性能一致的钢筋网络方法势在必行，且其还应具有良好适配各种打印工况的特点。
[0003]目前已有关于在层间区域进行短钢筋连接的方法如CN 109680954A，但此方法无法形成有效的钢筋网络，难以完成3D打印混凝土构件工作状态时的内力传递。 CN112709443A提出了采用套筒进行3D打印混凝土构件各处钢筋连接的方法，然而此方法所用套筒难以保证荷载的有效传递，且套筒所在的节点处因为主钢筋均被分为多个小段而非一个整体，构件在受到荷载作用时主钢筋无法呈现与传统混凝土内钢筋一致的受力状态，节点处出现薄弱区的可能性大大增高。可见，如何在3D打印混凝土构件中构建起与常规混凝土内主钢筋一样无间断排布，且主钢筋网络可相互良好连接，进而形成兼具3D打印混凝土优良生产特点且适用于3D打印结构构件配筋的技术是当前3D打印配筋构件生产制造工艺的关键技术问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术提供了一种用于3D打印混凝土构件钢筋网络连接的方法。
[0005]技术方案：本专利技术所述的用于3D打印混凝土构件钢筋网络连接的方法，包括：
[0006](1)根据所选结构构件类型与所需工程环境计算出所需使用的钢筋布置方案，确定主筋材的直径、需跨3D打印混凝土层进行连接的节点位置；
[0007](2)根据单层混凝土高度及宽度确认所需连接部总长度及相应需加工为连接部的凸端子与凹端子的钢筋直径及长度；
[0008](3)进行打印前，将连接部凸端子与凹端子分别焊接在需要进行连接的主钢筋节点处，并根据打印构件的外形、连接节点位置、连接部的连接间歇确定总打印流程；
[0009](4)根据打印流程打印混凝土层时先进行带凸端子钢筋的铺设，后在设置的间歇时间内将带凹端子的钢筋相应地与带凸端子的钢筋进行连接以完成连接部的组装。
[0010]进一步地，所述构件内部所有筋材的外表面与混凝土层边缘不少于20mm距离。
[0011]进一步地，所述主钢筋可为纵向、横向钢筋，箍筋、架立筋等多种常规混凝土内钢
筋形式。
[0012]进一步地，所述连接节点的位置应选择为无法在打印过程中进行直接焊接、搭接等一体化铺设主钢筋的位置。
[0013]进一步地，所述连接部的材料属性应与主钢筋一致并确保焊接时不出现多于5
°
的空间偏差。
[0014]进一步地，所述凸端头的直径应与凹端头一致以确保连接部稳定有效。
[0015]进一步地，所述主筋材直径与所焊接的连接部长度之和应大于其上直接覆盖的混凝土层厚度，优选5mm左右
[0016]进一步地，进行混凝土多层3D打印时，应根据实际需要在主钢筋连接节点位置选择是否应在表面各焊接凸端子与凹端子或只焊接其一。
[0017]进一步地，所述连接部连接间歇应足够完成连接部连接过程但不宜过长。
[0018]为充分保证3D打印混凝土构件的安全性与耐久性，应在打印流程确定时注意使所有筋材外表面均与构件表面存有至少20mm的保护层。对于常见的挤出式层叠3D打印方法，应确保所需连接部与其所焊接的主钢筋的总长度大于打印层的厚度，以使连接部的凸端子略高出其上直接覆盖的混凝土层，进而可保证下一主筋上焊接的凹端子能与其进行精确定位与安装。以现有的含粗骨料的3D打印混凝土为例，其单层混凝土厚度约为35mm，若所选主筋直径为10mm，则连接部总长宜为35mm方能保证在下一层混凝土打印后连接部凸端子高于混凝土层10mm左右。采用同直径孔洞的凹、凸端子即可保证其二者之间的良好连接与固定，以实现各主筋之间的连接与固定。完成单层混凝土打印与带凸端子主筋的铺设后，即可再将同时焊接了凹、凸端子的下一主筋与其连接，经过层层混凝土堆叠与主筋连接后即可完成整体打印与钢筋连接。
[0019]该方法采用于主钢筋表面焊接凸端子及凹端子以形成连接部的方式实现3D打印构件内部无法于打印过程中植入的主钢筋网络的连接，此方法可适用于各类主钢筋形式，构建出良好的真互联空间钢筋网络，从而极大程度地实现3D打印混凝土带筋构件的一体化生产。本专利技术方法利于钢筋之间的有效荷载传递，增强3D打印混凝土构件的变形能力与结构强度，减少其它非常规套件或元件的使用。
[0020]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下优势：
[0021]1.采用本方法可有效解决3D打印混凝土构件难以随3D打印过程进行跨层钢筋连接与固定、空间刚性钢筋骨架形成问题。
[0022]2.通过预设3D打印混凝土层叠过程与主筋、连接部连接时机可完成多种工况、结构造型的带钢筋3D打印构件的制造，并充分保证钢筋之间的连接性与荷载有效传递。
[0023]3.因连接部自身即为钢筋制成且其与主筋直接焊接，因此连接部自身即可在诸如梁的3D打印构件中起到有效的箍结作用，从而保证钢筋网络整体变形协调能力，进而有效提高3D打印混凝土构件的截面抗剪能力与整体性。
[0024]4.本方法对各类打印方法、打印流程、钢筋布置方案、钢筋连接位置均有良好的适用性。经此方法制造出的3D打印钢筋增强构件与传统方法制造成的钢筋混凝土构件可保持较高的相近性，并且可充分适用于当前的结构计算设计方法与构件性能需要，具有显著的普适性。
附图说明
[0025]图1为连接部的结构示意图；
[0026]图2为采用本方法制造钢筋增强3D打印混凝土梁建造工序示意图；
[0027]图3为采用本方法制造3D打印模板一体式混凝土柱建造工序示意图；
[0028]图4为采用本方法制造钢筋增强3D打印混凝土板建造工序示意图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供的用于3D打印混凝土构件钢筋网络连接的方法流程为：根据所需工程条件计算构件内部的钢筋布置方式及需要进行跨3D打印混凝土层连接的钢筋节点位置，加工出如图1所示的凸、凹端子后根据实际情况决定焊接种类与个数并将它们焊接至所需的主筋节点位置；根据摆放主筋与连接部连接的时机预设3D打印程序，之后根据预设程序令3D打印设备进行混凝土层的堆叠，于预留的暂停时间内将带有凸、凹端子的主筋摆放在相应的位置上或进行连接，反复此流程即可实现3D打印混凝土构件内钢筋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印混凝土构件钢筋网络连接的方法，其特征在于：包括：(1)根据所选结构构件类型与所需工程环境计算出所需使用的钢筋布置方案，确定主筋材的直径、需跨3D打印混凝土层进行连接的节点位置；(2)根据单层混凝土高度及宽度确认所需连接部总长度及相应需加工为连接部的凸端子与凹端子的钢筋直径及长度；(3)进行打印前，将连接部凸端子与凹端子分别焊接在需要进行连接的主钢筋节点处，并根据打印构件的外形、连接节点位置、连接部的连接间歇确定总打印流程；(4)根据打印流程打印混凝土层时先进行带凸端子钢筋的铺设，后在设置的间歇时间内将带凹端子的钢筋相应地与带凸端子的钢筋进行连接以完成连接部的组装。2.根据权利要求1所述的用于3D打印混凝土构件钢筋网络连接的方法，其特征在于：所述步骤(1)中构件内部所有筋材的外表面与混凝土层边缘距离不少于20mm。3.根据权利要求1所述的用于3D打印混凝土构件钢筋网络连接的方法，其特征在于：所述主钢筋可为混凝土内钢筋形式。4.根据权利要求3所述的用于3D打印混...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云升，陈逸东，王大富，乔宏霞，逄博，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：