3D打印在装配式挡墙设计中的应用研究（论文）.pdf

·15 · 结构装配化是建筑工业化的主要特征之一。随着现代工 程建设不断发展，工程结构越来越大型化、复杂化，对构件 的要求也越来越高，如何检验构件设计方案是否合理成为装 配式结构设计的重要问题。目前检验方法主要有模型试验法和 信息模型法 2类，前者根据设计图纸，利用钢筋混凝土等建筑 材料建造出一个小比例模型，不仅可检验构件的结构设计与材 料选择，还可对整个施工工艺进行验证，及时发现构件在制 造与装配过程中可能出现的各种问题，但模型制作过程复杂， 周期长，成本高 ；后者利用计算机系统进行三维建模，再进 行模拟装配，具有效率高、成本低的优点，但是直观性不足， 不能更好地发现在制作加工时可能出现的一些问题。近年来， 随着 3D打印技术的兴起，利用 3D打印技术进行装配式结构 辅助设计引起了设计人员的重视并进行了尝试 [1–5] ，结果表明， 采用 3D技术进行产品辅助设计时具有效率高、成本低、直观 性强、模型体积小精度高、便于展示讲解等诸多优点。 1 3D打印技术的基本原理 3D 打印是一种“增材制造”技术 [6–8] ，按照零件或物体 的三维模型数据，通过软件分层离散和数控成型系统，使用 激光或紫外光或热熔喷嘴等方法将金属粉末、陶瓷粉末、塑 料等材料进行逐层堆积粘结，最终叠加成型，制造出实物模型。 其产品成型的基本过程如图 1所示，先设计出所需零件的计算 机 3D 模型，然后依据工艺要求，按一定规则将该模型离散为 一系列有序的单元，通常在 Z轴方向将其按照一定的厚度进 行离散（即分层切片），把原来的三维 CAD模型变成一系列 的层片，再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动 生成数控代码 ；最后由成型机制造出一系列层片并自动将其 粘结起来，得到一个 3D物理实物物体。 Ó í : 4š0)2 2M· 2n3's Ó í$"% M· *K<45- ³(Zh; %œ bELDó/7 图1 3D打印的基本流程 近年来， 3D技术打印在医疗和工业产品设计与定型方面 等深受关注，在土木工程中的应用也越来越多，不仅被用于 结构设计与构件性能研究，一些国家甚至已经采用 3D直接打 印桥梁等工程结构用于实体工程。 2 基于3D打印的新型装配式挡墙设计方案验证 2.1 ]Q|? 受环境保护、资源控制、施工周期以及建筑物工后沉降 控制等多种因素的影响，浙江 31省道大源互通区路基挡墙拟 采用装配式结构，基本思路为 ：先将悬臂式挡墙按标准长度 （2 m）划分为一个个挡墙单元，再将挡墙单元在立板和底板 相交处拆分为立板和底板构件，并在底板上预留锚栓、在立 板底部预留锚栓孔 ；在预制场将立板和底板分别预制养护后 运输到施工现场，先将底板就位，再将立板吊起使其下部的 锚栓孔对准底板上的锚栓然后放下立板，通过联接螺母将两 者联接在一起。装配式挡墙的初步设计方案中，设计墙高为 4 m，其中立板高 3.58 m，顶厚0.3 m，底厚0.6 m；底板长 4.5 m， 厚 0.5 m ；采 用 C30钢筋混凝土预制而成。该装配式挡墙从外 观上看比较简单，但连接节点的设计是该方案的难题 ：将构 件间的联接节点设置在结构受力最大的位置，连接结构的受 力是否合理，施工便利性如何 ；单元之间采用何种连接方式 才能保证结构的整体性和适宜地基的不均匀沉降。为对这些 问题有一个直观的了解，将设计方案变成实物模型显然是最 ［摘 要］ r????同?勘??m?r???#???0?] ?g 。 t?rG%r???仕? 8? ，} 3D ????m?? ?? f?n?h ，剧? trmr??# $ 。??听 ，? 3D??G%r?sm?r?? ?#)?r，?'n? ?:、N?、器?午仙 $，???s???#凹?r $0?]]??r。 ［关键词］3D ??；m?r ； f?r ［中图分类号］TU 27 ；TU 364bbbbb ［文献标志码］Abbbbb ［文章编号］1001–523X（2020）05–0015–02 Research on Application of 3D Printing in Design of Assembled Retaining Wall Fang Yong-gang，Liu Ze ，Bai Ning ［Abstract ］The rationality of component design directly affects the feasibility and construction difficulty of the design scheme of assembly structure. In order to verify the rationality of prefabricated component design， structural assembly verification and scheme optimization were carried out on the basis of 3D printing of a new type of assembled retaining wall model. The results show that using 3D printing prefabricated components to verify the design scheme of assembly structure not only has the advantages of high efficiency ，low cost and material saving ，but also facilitates the structural optimization and construction process inspection of the design scheme. ［ Keywords ］3D printing ；assembly structure ；model validation 3D 打印在装配式