【摘 要】
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在全世界共同推动碳达峰、碳中和且劳动力成本日益攀升的时代大背景下,具备高度机械数字自动化、免模板、智能化、清洁减碳的建筑3D打印技术是建筑行业的研究热点。当下也正处在从实验室科学研究到社会生产及工程应用的转化阶段,但目前3D打印混凝土结构仍存在拉弯强度弱、配筋难、数值分析难、无结构设计规范等问题。本文基于3D打印永久模板叠合梁、柱构件试验成果,探索建立了适用于3D打印混凝土结构的数值模拟方法,研究
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在全世界共同推动碳达峰、碳中和且劳动力成本日益攀升的时代大背景下,具备高度机械数字自动化、免模板、智能化、清洁减碳的建筑3D打印技术是建筑行业的研究热点。当下也正处在从实验室科学研究到社会生产及工程应用的转化阶段,但目前3D打印混凝土结构仍存在拉弯强度弱、配筋难、数值分析难、无结构设计规范等问题。本文基于3D打印永久模板叠合梁、柱构件试验成果,探索建立了适用于3D打印混凝土结构的数值模拟方法,研究了3D打印永久模板叠合梁、柱构件的弯剪压性能及主要影响参数,并提出了结构设计优化建议。具体研究内容如下:（1）基于数值模拟中离散-连续相耦合的思想,参考砌体结构的数值模拟方法,初步探索建立了适用于3D打印混凝土叠合结构的基于界面模型的数值分析方法,将混凝土塑性损伤模型（CDP）和内聚力模型（CZM）相结合,采用试块拉伸和压缩试验验证数值模拟方法的适用性及准确性。（2）基于试验和数值模拟,研究了3D打印永久模板叠合梁受弯破坏下的荷载-位移响应及相应的破坏形态。参数研究表明叠合梁抗弯极限承载力随着薄弱界面剪切强度及中间现浇混凝土抗压强度的增大而增大。（3）基于试验和数值模拟,研究了3D打印永久模板叠合梁剪切破坏下的荷载-位移响应及相应的破坏形态。其有别于叠合梁的受弯破坏,剪切破坏有着明显的脆性;参数研究表明叠合梁抗剪极限承载力随着薄弱界面剪切强度及打印纤维混凝土抗拉强度的增大而增大,且叠合梁抗剪延性也随打印材料断裂能的增大而增大。（4）基于试验和数值模拟,研究了3D打印永久模板叠合柱轴压破坏下的荷载-位移响应及相应的破坏形态。参数研究表明叠合柱轴压极限承载力随着薄弱界面剪切强度、刚度、现浇混凝土抗压强度的增大而增大,但荷载的偏心会造成一侧的模板受拉,薄弱界面处产生的拉伸损伤会较大幅度降低叠合柱的抗压极限承载力。（5）基于影响叠合梁、柱极限承载力的参数分析,得到界面粘性性能、打印材料性能、现浇混凝土强度对构件整体力学性能影响规律。基于所得到的影响规律,针对性提出3D打印叠合梁、柱构件实际工程应用中的优化建议:一方面应该优化打印工艺,控制打印速度,进而改善界面粘性性能;另一方面改良打印纤维增强混凝土的胶体材料组分及配比,研制抗拉强度更高、断裂能更大的打印纤维增强混凝土,适当的配筋及强度匹配的现浇混凝土可以使得材料更好地协同工作,进而最大程度地提高构件受力性能。
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