组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构及其建造方法技术

本发明专利技术涉及一种组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构及其建造方法。混凝土3D打印中，材料逐层叠加累积成型，层间强度较弱，承载能力受到影响。本结构包括混凝土3D打印拱圈和混凝土后浇层，前者为混凝土3D打印预制件，后者为混凝土现浇件；混凝土3D打印拱圈由多块3D打印配筋拱块沿纵向拼接组成，拼接缝横向布置。本发明专利技术通过3D打印拱块和后浇混凝土组合成主拱圈结构，在打印件和现浇件中均布设钢筋并互相关联，3D打印配筋拱块的层间剪力为横向，与来自主拱圈纵向两端的剪力作用垂直，有效克服混凝土3D打印逐层叠加累积成型导致的打印构件层间和条间强度较弱的问题，打印成型后，承载能力不受影响。能力不受影响。能力不受影响。

【技术实现步骤摘要】
组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构及其建造方法


[0001]本专利技术涉及桥梁建造
，具体涉及一种组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构及其建造方法。

技术介绍

[0002]拱桥是一类常见的桥梁结构形式，具有良好的承载能力和美观性。拱桥中的关键结构拱圈，通常需要投入大量的模板、支架和人工建造，耗时耗力，且难以实现复杂和个性化的设计，尤其在不规则形态构建时受到限制。
[0003]3D打印技术在建造领域得到了广泛的应用，可以快速、灵活地将混凝土或砂浆等材料逐层堆积成型。从拱桥主拱圈受力形式和混凝土3D打印特性分析，混凝土3D打印是将打印材料逐层叠加累积成型，层积工艺形成的打印构件显现出明显的各向异性，打印构件层间和条间强度较弱，打印主拱圈时，主拱圈的承载能力受到影响。
[0004]因此，有必要提出新的措施克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构及其建造方法，以解决基于3D打印技术构建拱桥主拱圈存在的承载能力受影响的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构，所述结构包括混凝土3D打印拱圈和混凝土后浇层；
[0008]所述混凝土3D打印拱圈为混凝土3D打印预制件，所述混凝土后浇层为混凝土现浇件，所述混凝土后浇层浇筑于所述混凝土3D打印拱圈的顶面；
[0009]所述混凝土3D打印拱圈由多块3D打印配筋拱块沿纵向拼接组成，拼接缝横向布置。
[0010]进一步地，所述3D打印配筋拱块为弧形块体，以所述3D打印配筋拱块纵向一侧为底面，沿所述3D打印配筋拱块的长度方向向上逐层打印获得。
[0011]进一步地，所述3D打印配筋拱块内预设有预埋钢筋网片和预埋C型螺纹钢筋。
[0012]进一步地，所述预埋C型螺纹钢筋的上部外露于所述3D打印配筋拱块的顶面；
[0013]所述混凝土后浇层的后浇钢筋网架铺设于所述混凝土3D打印拱圈的顶面，并与外露的所述预埋C型螺纹钢筋绑扎为一体。
[0014]进一步地，所述3D打印配筋拱块的横向两侧设置有向上凸起的侧耳，所述侧耳作为浇筑所述混凝土后浇层的侧模。
[0015]进一步地，所述3D打印配筋拱块内设置有减重孔，所述减重孔沿所述混凝土3D打印拱圈的长度方向布置，相邻所述减重孔之间为竖向的腹板。
[0016]另一方面，提供如所述的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构的建造方法，所述方法包括：
[0017]通过混凝土3D打印方式打印3D打印配筋拱块；
[0018]安装拱架，将3D打印配筋拱块吊装至拱架上方并沿主拱圈的长度方向拼接，组成混凝土3D打印拱圈，拼接缝横向布置；
[0019]于混凝土3D打印拱圈的上方铺设后浇钢筋网架，后浇钢筋网架与3D打印配筋拱块顶面外露的预埋C型螺纹钢筋绑扎为一体；
[0020]以3D打印配筋拱块横向两侧的侧耳为侧模，以混凝土3D打印拱圈的顶面为底模，浇筑混凝土，形成混凝土后浇层；
[0021]混凝土后浇层与混凝土3D打印拱圈上下结合，组成组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构。
[0022]进一步地，通过混凝土3D打印方式打印3D打印配筋拱块时，以3D打印配筋拱块纵向一侧为底面，沿3D打印配筋拱块的长度方向向上逐层打印3D打印配筋拱块。
[0023]进一步地，通过混凝土3D打印方式打印3D打印配筋拱块，包括：
[0024]利用3D打印机械臂，以3D打印配筋拱块纵向一侧为底面，向上逐层打印3D打印配筋拱块；
[0025]打印n层时，暂停打印，利用码垛机器人放置一片预埋钢筋网片，继续打印，之后每打印m层放置一片预埋钢筋网片；
[0026]打印n+k层时，暂停打印，利用码垛机器人放置一批预埋C型螺纹钢筋，继续打印，之后每打印m层放置一批预埋C型螺纹钢筋。
[0027]进一步地，所述方法还包括：
[0028]打印3D打印配筋拱块的过程中，预制3D打印配筋拱块的吊点；
[0029]暂停打印，在3D打印配筋拱块的吊点位置挖除打印材料，放置吊装钢槽，之后继续打印，形成3D打印配筋拱块的吊点。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0031]本专利技术提供了一种组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构及其建造方法，将混凝土3D打印与钢筋混凝土支模现浇工艺结合，有效提高了主拱圈的承载能力与整体强度。同时将3D打印机械臂设备和码垛机器人进行协同工作，提升预制拱块的打印质量，并以此提高混凝土3D打印拱圈的安装精度。
[0032]本专利技术的方法，沿纵向均匀分割主拱圈结构以确定打印单元，即3D打印配筋拱块，每个3D打印配筋拱块均为弧形块体，以3D打印配筋拱块纵向一侧为底面，沿3D打印配筋拱块的长度方向向上逐层打印获得，使得3D打印配筋拱块沿主拱圈长度方向拼接后，拼接缝横向布置，3D打印配筋拱块的层间剪力也呈横向布置，与来自主拱圈纵向两端的剪力作用垂直，有效克服了混凝土3D打印逐层叠加累积成型导致的打印构件层间和条间强度较弱的问题，打印成型后，承载能力不受影响。
[0033]另外，本专利技术的方法简化了主拱圈的建造过程，降低成本和时间。通过3D打印技术可以直接将混凝土材料逐层堆积成型为主拱圈结构，无需使用模板、支架和大量人工，同时可以灵活地调整打印参数和路径，可以实现复杂和个性化的设计，提高主拱圈设计自由度和创新性。
附图说明
[0034]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，下面将对实施例或现有技术描述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实施例的附图。
[0035]图1为本专利技术实施例提供的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构示意图。
[0036]图2为本专利技术实施例提供的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构的3D打印配筋拱块示意图侧面图。
[0037]图3为本专利技术实施例提供的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构的3D打印配筋拱块示意图断面图。
[0038]图4为本专利技术实施例提供的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构的3D打印配筋拱块预埋C型螺纹钢筋示意图。
[0039]图5为本专利技术实施例提供的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构的3D打印配筋拱块预埋钢筋网片示意图。
[0040]图6为本专利技术实施例提供的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构的3D打印配筋拱块打印预制操作示意图。
[0041]图中标识为：
[0042]1‑
混凝土3D打印拱圈，2
‑
后浇钢筋网架，3
‑
混凝土后浇层，4
‑
3D打印配筋拱块，5
‑
预埋C型螺纹钢筋，6
‑
预埋钢筋网片，7
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构，其特征在于：所述结构包括混凝土3D打印拱圈(1)和混凝土后浇层(3)；所述混凝土3D打印拱圈(1)为混凝土3D打印预制件，所述混凝土后浇层(3)为混凝土现浇件，所述混凝土后浇层(3)浇筑于所述混凝土3D打印拱圈(1)的顶面；所述混凝土3D打印拱圈(1)由多块3D打印配筋拱块(4)沿纵向拼接组成，拼接缝横向布置。2.根据权利要求1所述的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构，其特征在于：所述3D打印配筋拱块(4)为弧形块体，以所述3D打印配筋拱块(4)纵向一侧为底面，沿所述3D打印配筋拱块(4)的长度方向向上逐层打印获得。3.根据权利要求2所述的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构，其特征在于：所述3D打印配筋拱块(4)内预设有预埋钢筋网片(6)和预埋C型螺纹钢筋(5)。4.根据权利要求3所述的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构，其特征在于：所述预埋C型螺纹钢筋(5)的上部外露于所述3D打印配筋拱块(4)的顶面；所述混凝土后浇层(3)的后浇钢筋网架(2)铺设于所述混凝土3D打印拱圈(1)的顶面，并与外露的所述预埋C型螺纹钢筋(5)绑扎为一体。5.根据权利要求4所述的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构，其特征在于：所述3D打印配筋拱块(4)的横向两侧设置有向上凸起的侧耳(8)，所述侧耳(8)作为浇筑所述混凝土后浇层(3)的侧模。6.根据权利要求5所述的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构，其特征在于：所述3D打印配筋拱块(4)内设置有减重孔(7)，所述减重孔(7)沿所述混凝土3D打印拱圈(1)的长度方向布置，相邻所述减重孔(7)之间为竖向的腹板(9)。7.如权利要求6所述的组合式混凝土3D打印拱桥主拱圈结构的建造方法，其特征在于：所述方法包括：通过混凝土3D打印方式打印3D打印配...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨敏，柏松林，李刚，刘世龙，来猛刚，姚晓飞，周江，李超，
申请(专利权)人：中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：