【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于工業化建筑工程領域，特別涉及一種基于3d打印的模塊化單元及其生產方法與應用。
技術介紹
1、傳統的建筑建造方式為混凝土結構的搭建模板現場澆筑施工或者鋼結構的預制拼裝為主，混凝土應用于空間網殼結構中常存在模板搭設困難，薄壁混凝土難以施工和養護，薄壁混凝土易開裂和裝配施工難等問題。隨著3d打印技術的發展，采用信息化建模、逐層打印方式下的復雜結構數字化智能建造逐步涌現。該種方式下可實現復雜構件的免模板生產，避免了現澆混凝土結構或構件中模板搭設困難等限制。目前已有部分3d打印技術應用于建筑工程的設計，但目前相關技術主要應用于墻體、砌體等傳統結構，不涉及薄壁空間結構施工和組裝需求。對于具有復雜外形的空間殼體結構，3d打印仍難以應用。采用3d打印技術直接進行混凝土網殼結構制作時仍需控制打印過程中的結構變形和穩定性，因此仍需要進行空間曲面模板搭設，難以實現全自動化的結構打印和施工。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是，針對上述
技術介紹
中所述的缺點，提供一種基于3d打印的模塊化單元及其生產方法與應用，該模塊化單元可實現完全自動化、標準化打印生產，可實現薄壁混凝土網殼結構的裝配化施工，且整體施工過程中無需搭設滿堂模板支架，施工便捷且效率高。
2、本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：
3、本專利技術之基于3d打印的模塊化單元，包括3d打印的單元輪廓、自密實填充混凝土、張拉鋼索和鋼筋網，所述3d打印的單元輪廓上設有連接通道，所述張拉鋼索纏繞或綁
4、進一步地，所述3d打印的單元輪廓采用具有應變硬化水泥基復合材料，在水泥基材料中摻入聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚乙烯醇(pva)等有機合成纖維，纖維直徑一般為0.01～0.04?mm，長度為10～12mm，摻入后實現單元輪廓的應變硬化和高韌性，其中，纖維體積摻量為1-3%，優選2%。
5、進一步地，所述3d打印的單元輪廓采用圓角設計，單元輪廓形狀通過調整3d打印行走路徑實現。
6、進一步地，所述3d打印的單元輪廓橫截面為多邊形，外側邊傾斜角度可根據網殼結構拼裝策略調整。調整方式為3d打印時在噴頭端部加裝可調抹刀，抹刀側板可根據需要調整傾斜角度，實現所打印出的單元輪廓的不同形狀變化。
7、進一步地，所述鋼筋網可由鋼筋、鋼絲或加強絲線制成，通過綁扎或者焊接組成網狀結構；鋼筋網外緣鋼筋交替向對側彎起，彎起端頭長度不超過1/4倍單元輪廓的截面高度，彎起半徑取1倍鋼筋直徑，鋼筋網外緣尺寸與單元輪廓中心軸線對齊。
8、進一步地，所述3d打印的單元輪廓上設置的連接通道為彎折形中空管式裝置，端部和中間彎折處都設置連通口，3d打印中連通口需臨時封堵。
9、本專利技術之基于3d打印的模塊化單元的生產方法，包括以下步驟：
10、（a）3d打印單元輪廓初始層，傳送至下一步；
11、（b）灌注自密實填充混凝土；
12、（c）安裝鋼筋網，鋼筋網上提前將張拉鋼索纏繞或者綁扎至鋼筋網邊緣位置上，并將張拉鋼索的外端穿過連接通道；安裝鋼筋網時調整連接通道的位置將其插入在已打印的單元輪廓初始層上，張拉鋼索外端向外伸出，外伸區段用于后續裝配連接；
13、（d）3d打印單元輪廓面層；
14、（e）灌注自密實混填充混凝土，養護凝固。
15、本專利技術之基于3d打印的模塊化單元在裝配式混凝土網殼結構的應用：
16、該裝配式混凝土網殼結構由多個基于3d打印的模塊化單元組成，拼裝時將模塊化單元內部張拉鋼索穿過相鄰模塊化單元的單元輪廓連接通道，采用鎖定器進行張緊鎖定；網殼結構形狀通過控制單元輪廓外部側邊傾斜角度調整。
17、進一步地，所述鎖定器為卡扣式鎖定裝置，其內尺寸應允許張拉鋼索穿過，外尺寸應大于連接通道端部連通口直徑，鎖定方式可采用鎖緊螺栓擰緊將內部張拉鋼索壓緊卡固。
18、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
19、本專利技術模塊化單元可在工廠內采用全自動化方式進行標準化3d打印生產，避免了施工環境影響，其中采用3d打印方式可實現全過程數字化控制，使得結構制造具備較高的幾何精度；本專利技術將薄壁空間殼體劃分為多個標準化的平面模塊化單元，可實現薄壁混凝土網殼結構的裝配化施工，整體網殼結構的復雜外形可通過變換模塊化單元的形狀、大小以及單元輪廓的側邊傾斜角度等靈活變化調整，整體施工過程中無需搭設滿堂模板支架，施工便捷且效率高。
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1.一種基于3d打印的模塊化單元，其特征在于：包括3d打印的單元輪廓、自密實填充混凝土、張拉鋼索和鋼筋網，所述3d打印的單元輪廓上設有連接通道，所述張拉鋼索纏繞或綁扎在鋼筋網邊緣位置，且張拉鋼索穿過連接通道向外伸出，外伸區段用于后續裝配連接。
2.根據權利要求1所述的基于3d打印的模塊化單元，其特征在于：所述3d打印的單元輪廓采用具有應變硬化水泥基復合材料，在水泥基材料中摻入有機合成纖維，纖維直徑為0.01～0.04?mm，長度為10～12mm，摻入后實現單元輪廓的應變硬化和高韌性。
3.根據權利要求1或2所述的基于3d打印的模塊化單元，其特征在于：所述3d打印的單元輪廓采用圓角設計，單元輪廓形狀通過調整3d打印行走路徑實現。
4.根據權利要求1或2所述的基于3d打印的模塊化單元，其特征在于：所述3d打印的單元輪廓橫截面為多邊形，外側邊傾斜角度根據網殼結構拼裝策略調整。
5.根據權利要求1或2所述的基于3d打印的模塊化單元，其特征在于：所述鋼筋網由鋼筋、鋼絲或加強絲線制成，通過綁扎或者焊接組成網狀結構；鋼筋網外緣鋼筋交替向對側彎起，
6.根據權利要求1或2所述的基于3d打印的模塊化單元，其特征在于：所述3d打印的單元輪廓上設置的連接通道為彎折形中空管式裝置，端部和中間彎折處都設置連通口，3d打印中連通口需臨時封堵。
7.一種如權利要求1-6任一權利要求所述的基于3d打印的模塊化單元的生產方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.一種如權利要求1-6任一權利要求所述的基于3d打印的模塊化單元在裝配式混凝土網殼結構的應用。
9.根據權利要求8所述的基于3d打印的模塊化單元在裝配式混凝土網殼結構的應用，其特征在于：該裝配式混凝土網殼結構由多個基于3d打印的模塊化單元組成，拼裝時將模塊化單元內部張拉鋼索穿過相鄰模塊化單元的單元輪廓連接通道，采用鎖定器進行張緊鎖定；網殼結構形狀通過控制單元輪廓外部側邊傾斜角度調整。
10.根據權利要求9所述的基于3d打印的模塊化單元在裝配式混凝土網殼結構的應用，其特征在于：所述鎖定器為卡扣式鎖定裝置，其內尺寸應允許張拉鋼索穿過，外尺寸應大于連接通道端部連通口直徑，鎖定方式采用鎖緊螺栓擰緊將內部張拉鋼索壓緊卡固。
...【技術特征摘要】
1.一種基于3d打印的模塊化單元，其特征在于：包括3d打印的單元輪廓、自密實填充混凝土、張拉鋼索和鋼筋網，所述3d打印的單元輪廓上設有連接通道，所述張拉鋼索纏繞或綁扎在鋼筋網邊緣位置，且張拉鋼索穿過連接通道向外伸出，外伸區段用于后續裝配連接。
2.根據權利要求1所述的基于3d打印的模塊化單元，其特征在于：所述3d打印的單元輪廓采用具有應變硬化水泥基復合材料，在水泥基材料中摻入有機合成纖維，纖維直徑為0.01～0.04?mm，長度為10～12mm，摻入后實現單元輪廓的應變硬化和高韌性。
3.根據權利要求1或2所述的基于3d打印的模塊化單元，其特征在于：所述3d打印的單元輪廓采用圓角設計，單元輪廓形狀通過調整3d打印行走路徑實現。
4.根據權利要求1或2所述的基于3d打印的模塊化單元，其特征在于：所述3d打印的單元輪廓橫截面為多邊形，外側邊傾斜角度根據網殼結構拼裝策略調整。
5.根據權利要求1或2所述的基于3d打印的模塊化單元，其特征在于：所述鋼筋網由鋼筋、鋼絲或加強絲線制成，通過綁扎或者焊接組成網狀結構；鋼筋網外緣鋼筋交替向對側彎起，彎起端頭長度不超過1/4倍單元輪廓的截面高度，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：余玉潔，劉杰，黃翔，方哲煒，王霄翔，胡淑軍，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：
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