[发明专利]一种空间骨料增强3D打印混凝土结构的建造方法

权利要求书

1.一种空间骨料增强3D打印混凝土结构的建造方法，其特征在于，所述建造方法包括以下步骤：

(1)选取结构构件，进行力学分析，根据结构构件承载力极限状态下应力分布和大小确定植入筋材或编入绳/线材的基本用量和打印编织流程；

(2)根据结构构件正常使用极限状态下应力分布和大小，确定空间骨料类型、定位和掺量，所述空间骨料为不同形状的骨料形成的仿生结构所组成的空间刚性骨料，所述骨料具有空间多肢结构，所述骨料的尾部设有用于空间骨料间链接的卡扣和端锚，所述空间骨料的中心带有用于与筋材或绳/线材套接的碰扣；

(3)配制3D打印材料；根据选定的空间刚性骨料的定位和掺量，编辑空间骨料的电磁信号和定位推送程序；

(4)沿步骤(1)中的打印编织流程路径挤出3D打印材料，植入筋材或编入绳/线材的同时，均匀撒入空间刚性骨料，利用步骤(3)中的电磁信号和定位推送程序分别实现空间骨料间的链接和空间骨料与筋材或绳/线材的链接，逐层建造后叠加、硬化成型后一次性形成空间骨料增强3D打印混凝土结构；或分段打印后通过预设榫卯和筋材或绳/线材搭接设计进行构件节点连接，形成空间骨料增强3D打印混凝土结构。

2.根据权利要求1所述的空间骨料增强3D打印混凝土结构的建造方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述骨料形成的仿生结构为疾藜、苍耳或海胆仿生结构中的一种或至少两种组合的仿生结构。

3.根据权利要求2所述的空间骨料增强3D打印混凝土结构的建造方法，其特征在于，所述骨料的材质选自钢材、合金、纤维复合材料或纳米刚性材料中的一种或者至少两种的组合；所述骨料尾部的形状选自铣削型、波纹、弓型或尾钩中的一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求1-3任一所述的空间骨料增强3D打印混凝土结构的建造方法，其特征在于，在步骤(2)中，根据结构构件正常使用极限状态下应力分布和大小确定空间骨料的类型、定位和掺量的方法为：

(2-1)根据剪应力的分布选择空间骨料类型，根据剪应力大小选择尾部中的端锚和卡扣的设计参数，根据剪应力空间分布确定空间骨料的肢数；

(2-2)根据主应力/材料强度比值确定的安全系数设计空间刚性骨料掺入量，根据掺入区域和结构构件的外形进行空间骨料定位；

(2-3)根据安全系数与阀值的大小和区域分布，确定空间骨料掺入加密区域，所述阀值根据实际值确定。

5.根据权利要求1所述的空间骨料增强3D打印混凝土结构的建造方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述3D打印材料选自水泥基材料、石膏材料或尼龙材料中的一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求1所述的空间骨料增强3D打印混凝土结构的建造方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述3D打印材料还包括增强组分，所述增强组分选自各类纤维及其聚合物、膨化微珠、中空微粒或纳米材料中的一种或至少两种的组合。

7.根据权利要求1所述的空间骨料增强3D打印混凝土结构的建造方法，其特征在于，在步骤(4)中，植入筋材或编入绳/线材的方法为：在平行打印方向上，3D打印材料在打印基体时一体化植入筋材或编入绳/线材；在垂直打印方向上，3D打印基体后，在打印材料初凝前植入筋材或编入绳/线材，形成空间增强网格。

8.根据权利要求1所述的空间骨料增强3D打印混凝土结构的建造方法，其特征在于，所述筋材和绳/线材的材质选自钢绞线、纤维复合线材或纳米线材中的一种或者至少两种的组合。