[发明专利]数字生形混凝土板壳制造工艺

说明书

本发明涉及一种数字生形混凝土板壳制造工艺，包括以下步骤：1）对所述板壳的模板支架建模，利用数字生形技术制造并安装板壳的模板支架，最终成形的模板支架由若干支架单元相互连接构成；2）在模板支架的上方或下方铺设织物模板，所述织物模板与模板支架固定；3）在模板支架上方铺设碳纤维网格栅做筋；4）向模板支架喷射混凝土生成混凝土板壳。本发明的工艺方法不但制造简单、成本低，且尤其适用于大跨度空间的异形混凝土板壳。

技术领域

本发明涉及一种数字生形混凝土板壳制造工艺，属于混凝土结构技术领域。

背景技术

现有的混凝土板壳构件具有重量大、体积大、防裂抗渗功能差等缺点，从而造成在制作、运输、安装、维护、安全等成本的增加且费工费力。另外，大跨度空间的异形混凝土板壳（如蛇形展览馆的屋顶壳体等）难以制造，通过使用外部挂接建筑蒙皮的方法制成，不能用作承力件。

另外，现有的混凝土板壳多为钢筋混凝土结构，但在长期不利的自然环境和使用条件下，施工、使用和环境等造成结构裂缝，混凝土对内部的钢筋逐渐失去保护，当有害腐蚀性气体进入结构内部，与水结合形成的酸性物质将钢筋腐蚀，造成钢筋力学性能退化、混凝土截面性能损伤、钢筋和混凝土之间的粘结性能下降等后果，从而降低构件的承载能力，直接影响构件使用安全。同时，混凝土暴露在外会受到空气中二氧化碳对混凝土的碳化作用，混凝土对其内部钢材的保护作用也会逐渐丧失，当钢筋周围的混凝土完全碳化后，钢筋会逐渐锈蚀、膨胀，同样会破坏结构的安全性，其抗拉伸性能和抗弯折性能都会大打折扣。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种制造简单、成本低尤其适用于大跨度空间的异形混凝土板壳的制造工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种数字生形混凝土板壳制造工艺，包括以下步骤：

1）对所述板壳的模板支架建模，利用数字生形技术制造并安装板壳的模板支架，最终成形的模板支架由若干支架单元相互连接构成；

2）在模板支架的上方或下方铺设织物模板，所述织物模板与模板支架固定；

3）在模板支架上方铺设碳纤维网格栅做筋；

4）向模板支架喷射混凝土生成混凝土板壳。

需要说明的是，数字生形为现有技术，可参考《数字化结构性能生形研究》（作者：袁烽，《西部人居环境学刊》，2014 (6):6-12）。数字生形技术可基于板壳的结构性能将板壳作为结构原型，很容易地生成流动、连续的大跨度空间。有限元法为结构性能生形工具的开发提供了有力支持，20世纪90年代出现的渐进结构优化算法能够实现基于结构性能的受力，逐步去除结构体中低应力生成最优结构形态。

本发明中“上方”、“下方”仅仅为了描述方便，并不是对本发明的限定，比如根据需要可以选择“内侧”或“外侧”，等等。

本发明带来的有益效果是：1）本发明利用数字生形技术制作板壳的模板支架，把模板支架分解成若干连续的支架单元，支架单元制造相对简单，可采用机器人木构、金属加工等技术手段生成，实现了空间上的任意异形结构，尺寸精准，结构合理，且施工简便，成本较低，解决了大尺寸板壳支架整体制造困难的问题，而且生成的模板支架整体承受压力，去除了模板支架中的低应力生成，实现了参数化设计的仿生混凝土结构。本发明实现了空间上的任意异形结构，施工简便，成本低，当制得的板壳用作屋顶等时可直接作为受力结构，与现有技术相比，简化了施工工艺。

2）碳纤维网格栅为柔性结构，可以铺设在任意异形的模板支架表面，从而使用碳纤维网格栅替代钢筋作为筋，碳纤维网格栅具有超强抗拉性能，即使混凝土破裂，也不会降低碳纤维筋的抗拉性能，而且用碳纤维网格栅代替钢筋，不像钢筋一样需要碱性的钝化膜保护层，能消除因钢筋锈蚀导致板壳承载力降低的问题，因此可以减少水泥的用量，减轻了板壳的自重，促进了配套的混凝土向超高性能领域发展，保护了生态环境。