一种改善混凝土层间抗剪性能的方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开一种改善混凝土层间抗剪性能的方法、系统、设备及介质，涉及3D打印混凝土技术领域。该方法包括：获取混凝土材料参数、钢纤维材料参数、尺寸参数和层间弱面抗剪强度；根据所述混凝土材料参数、所述钢纤维材料参数、所述尺寸参数和所述层间弱面抗剪强度创建三维钢纤维混凝土双剪有限元模型；基于所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型确定钢纤维布设参数；所述钢纤维布设参数包括：截面积、布设密度和长度；根据所述钢纤维布设参数，在3D打印混凝土的层间布设钢纤维。本发明专利技术通过在层间布设钢纤维的方式，能够提高层间粘结性能以及构件整体的承载能力。件整体的承载能力。件整体的承载能力。

【技术实现步骤摘要】
一种改善混凝土层间抗剪性能的方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及3D打印混凝土
，特别是涉及一种改善混凝土层间抗剪性能的方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]3D打印混凝土是利用计算机精确控制机械设备进行布料，按照设置的打印路径逐层累积形成的无模增材制造施工工艺。相比传统的混凝土施工方式，3D打印混凝土不需要设置模板，具有施工方便，外形美观，造价低，工期短等优点，可极大地推动建筑领域面向机械化、智能化、个性化发展，因此有很大的发展前景。
[0003]随着3D打印混凝土的应用，因其施工特点，在材料沉积过程中只有重力作用没有外力振捣，连续打印的混凝土条之间缺乏融合。随着表面水分蒸发促使混凝土条之间水迁移，层间出现空气夹闭或封闭，导致表面打印材料不均匀沉积，层间产生更高的孔隙率和更多的大孔隙。荷载作用时孔隙处容易出现应力集中，降低层间粘结强度，从而形成层间弱面。针对这一问题，武雷等人研究了层间涂抹不同界面剂对层间弱面的影响，结果表明改性丙烯酸乳浆对层间弱面粘结性能改善明显。徐辉等人针对打印工艺参数，并统计国内外试验数据，分析了层间弱面的影响机制，结果表明优化打印时间间隔、喷嘴参数、打印速度三种可控的打印工艺参数对层间粘结性能有改善作用。Marchment等人设计了一种双喷嘴打印头可在层间布设1mm厚的胶凝材料，结果表明布设1mm厚的胶凝材料可增大层间黏结面积，减少层间孔隙，从而增大层间粘结强度。Hosseini等在层间布设硫和黑碳组成的新型聚合物砂浆黏结层，结果表明对层间黏结强度有所提升。
[0004]综上所述，对层间弱面的改善主要是通过优化打印工艺和研发改性材料来提高层间的粘结性能，虽然都取得了一些进展，但并未将钢纤维运用其中，提升层间粘结性能的效果不大，且无法提高构件整体的承载能力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种改善混凝土层间抗剪性能的方法、系统、设备及介质，以通过在层间布设钢纤维的方式，提高层间粘结性能以及构件整体的承载能力。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种改善混凝土层间抗剪性能的方法，包括：
[0008]获取混凝土材料参数、钢纤维材料参数、尺寸参数和层间弱面抗剪强度；
[0009]根据所述混凝土材料参数、所述钢纤维材料参数、所述尺寸参数和所述层间弱面抗剪强度创建三维钢纤维混凝土双剪有限元模型；
[0010]基于所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型确定钢纤维布设参数；所述钢纤维布设参数包括：截面积、布设密度和长度；
[0011]根据所述钢纤维布设参数，在3D打印混凝土的层间布设钢纤维。
[0012]可选地，根据所述混凝土材料参数、所述钢纤维材料参数、所述尺寸参数和所述层
间弱面抗剪强度创建三维钢纤维混凝土双剪有限元模型，具体包括：
[0013]根据所述混凝土材料参数和所述钢纤维材料参数创建混凝土材料本构模型和钢纤维材料本构模型；
[0014]根据所述混凝土材料本构模型、所述钢纤维材料本构模型、所述尺寸参数和所述层间弱面抗剪强度，创建三维钢纤维混凝土双剪有限元模型。
[0015]可选地，所述混凝土材料本构模型为多线性等向强化模型；所述钢纤维材料本构模型为双线性随动强化模型。
[0016]可选地，基于所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型确定钢纤维布设参数，具体包括：
[0017]将计划布设参数输入至所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型中，得到层间弱面最大抗剪强度；
[0018]判断所述层间弱面最大抗剪强度是否在目标强度范围内，得到判断结果；
[0019]若所述判断结果为否，则按照设定顺序调整所述计划布设参数中的各项参数，并返回步骤“将计划布设参数输入至所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型中，得到层间弱面最大抗剪强度”；
[0020]若所述判断结果为是，则将所述计划布设参数确定为钢纤维布设参数。
[0021]可选地，所述设定顺序是基于所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型，以不同参数作为影响变量，进行双剪破坏模拟实验确定的；所述设定顺序表征各参数对层间弱面抗剪性能的影响程度。
[0022]可选地，所述设定顺序为：截面积优先于布设密度，布设密度优先于长度。
[0023]可选地，所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型是基于Ansys参数化语言创建的。
[0024]一种改善混凝土层间抗剪性能的系统，包括：
[0025]参数获取模块，用于获取混凝土材料参数、钢纤维材料参数、尺寸参数和层间弱面抗剪强度；
[0026]模型创建模块，用于根据所述混凝土材料参数、所述钢纤维材料参数、所述尺寸参数和所述层间弱面抗剪强度创建三维钢纤维混凝土双剪有限元模型；
[0027]布设参数确定模块，用于基于所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型确定钢纤维布设参数；所述钢纤维布设参数包括：截面积、布设密度和长度；
[0028]钢纤维布设模块，用于根据所述钢纤维布设参数，在3D打印混凝土的层间布设钢纤维。
[0029]一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的改善混凝土层间抗剪性能的方法。
[0030]一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的改善混凝土层间抗剪性能的方法。
[0031]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0032]本专利技术提供的改善混凝土层间抗剪性能的方法，通过在层间布设钢纤维，不但可以抑制层间裂缝发展，承担裂缝处的剪力，提高层间粘结性能，同时还可以抑制裂缝向混凝土层内部延伸，从而提高构件整体的承载能力。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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。
[0034]图1为本专利技术提供的改善混凝土层间抗剪性能的方法的流程图；
[0035]图2为本专利技术提供的钢纤维混凝土几何模型的示意图；
[0036]图3为本专利技术提供的钢纤维相对位置的示意图；
[0037]图4为本专利技术提供的不同钢纤维截面积层间弱面最大抗剪强度的对比图；
[0038]图5为本专利技术提供的不同钢纤维布设密度层间弱面最大抗剪强度的对比图；
[0039]图6为本专利技术提供的不同钢纤维长度层间弱面最大抗剪强度的对比图；
[0040]图7为本专利技术提供的无钢纤维情况下的裂缝发展示意图；
[0041]图8为本专利技术提供的有钢纤维情况下的裂缝发展示意图；
[0042]图9为本专利技术提供的不同钢纤维影响变量的层间弱面最大抗剪强度增量对比图。
[0043]符号说明：
[0044本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善混凝土层间抗剪性能的方法，其特征在于，包括：获取混凝土材料参数、钢纤维材料参数、尺寸参数和层间弱面抗剪强度；根据所述混凝土材料参数、所述钢纤维材料参数、所述尺寸参数和所述层间弱面抗剪强度创建三维钢纤维混凝土双剪有限元模型；基于所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型确定钢纤维布设参数；所述钢纤维布设参数包括：截面积、布设密度和长度；根据所述钢纤维布设参数，在3D打印混凝土的层间布设钢纤维。2.根据权利要求1所述的改善混凝土层间抗剪性能的方法，其特征在于，根据所述混凝土材料参数、所述钢纤维材料参数、所述尺寸参数和所述层间弱面抗剪强度创建三维钢纤维混凝土双剪有限元模型，具体包括：根据所述混凝土材料参数和所述钢纤维材料参数创建混凝土材料本构模型和钢纤维材料本构模型；根据所述混凝土材料本构模型、所述钢纤维材料本构模型、所述尺寸参数和所述层间弱面抗剪强度，创建三维钢纤维混凝土双剪有限元模型。3.根据权利要求2所述的改善混凝土层间抗剪性能的方法，其特征在于，所述混凝土材料本构模型为多线性等向强化模型；所述钢纤维材料本构模型为双线性随动强化模型。4.根据权利要求1所述的改善混凝土层间抗剪性能的方法，其特征在于，基于所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型确定钢纤维布设参数，具体包括：将计划布设参数输入至所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型中，得到层间弱面最大抗剪强度；判断所述层间弱面最大抗剪强度是否在目标强度范围内，得到判断结果；若所述判断结果为否，则按照设定顺序调整所述计划布设参数中的各项参数，并返回步骤“将计划布设参数输入至所述三维钢纤维混凝土双剪有限元模型中，得到层间弱面最大抗剪强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹靖，俄胜钊，杨毅，许增光，覃源，柴军瑞，李嘉豪，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：