【摘 要】
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建筑业是国民经济的支柱产业之一,关系城镇化建设以及基础设施建造进程。但长期以来,建筑行业存在着建筑材料能耗高、自动化水平低、人力劳动依赖性大、安全事故频发、施工建造方法落后等行业共性问题,提高建筑建造的低碳化、高效化、标准化水平,发展智能化的建筑工艺,是助力建筑业绿色、智能、科学发展的有效途径。混凝土3D打印因其无模板、精度高、绿色化、利于异形和非标准几何结构成型等优势有助于加速建筑工业化的进程。
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建筑业是国民经济的支柱产业之一,关系城镇化建设以及基础设施建造进程。但长期以来,建筑行业存在着建筑材料能耗高、自动化水平低、人力劳动依赖性大、安全事故频发、施工建造方法落后等行业共性问题,提高建筑建造的低碳化、高效化、标准化水平,发展智能化的建筑工艺,是助力建筑业绿色、智能、科学发展的有效途径。混凝土3D打印因其无模板、精度高、绿色化、利于异形和非标准几何结构成型等优势有助于加速建筑工业化的进程。目前,混凝土3D打印在公路、市政桥梁领域应用刚刚起步,工程实例极少,且多数以景观建筑、非承重部件为主,研究该技术在工程实践中的应用对于建筑工业化具有重要的意义。本文拟使用混凝土3D打印智能建造技术与传统钢筋混凝土技术相结合,3D打印分段/子构件,通过装配式连接形成大尺度结构,建造一座装配式混凝土拱桥。本文系统研究了某装配式3D打印混凝土拱桥的设计、施工、成桥验算,对建设过程中的关键问题提出优化方案;结合施工过程和成桥状态下监控数据,采用Midas/Civil有限元软件对敞肩式拱桥关键构件在施工和使用过程中的受力性能进行分析,具体开展了以下研究工作:（1）优化了混凝土3D打印拱桥上部结构构件的拆分方法。结合拱桥上部结构主拱、腹拱、拱上建筑的受力特征,优化设计3D打印构件形态,满足混凝土3D打印构件的可应用性,明确受力特征;设计主拱通过纵向3段拼接和横向拱圈预应力连接,实现大跨度和宽度桥梁的混凝土3D打印,改善横向连接的稳固耐久。（2）研究了细长异形悬链线主拱在施工各阶段的应力应变和变形特征及其演化规律;建立了其不同施工阶段的Midas/Civil有限元三维模型,实时提取捕捉施工过程监控数据,分析了主拱在施工阶段的应力和变形进行。分析结果表明,结构满足施工状态承载性和稳定性要求;优化设计主拱吊装方法与工序,建立了施工控制理论和依据。（3）研究并校核了成桥状态下的承载能力与变形特征,与现行的相关规范对比分析;通过有限元分析成桥状态下关键位置受力特征,检算其承载能力和可靠性。本文研究成果不仅为本工程设计和施工提供了可靠的技术参考和理论依据,同时对今后类似桥梁的设计提供了经验方法和科学参考。
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