一种管片缩尺模型的3D打印方法

本发明涉及3d打印领域以及岩土工程领域，尤其是涉及一种管片缩尺模型的3d打印方法。

背景技术：

1、3d打印，即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

2、盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片是盾构法隧道的永久衬砌结构，盾构管片拼装过程中接缝是否严密直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。

3、现有的关于管片承载能力的研究大多数为数值模拟，进行模型实验研究较少。3d打印技术近年来发展迅速逐渐成熟，有高精度、高效率、低成本的优点，在土木工程模型实验中有广泛的应用前景。通过上述的分析，为解决上述的问题，本发明提供了一种管片缩尺模型的3d打印的方法。

技术实现思路

1、为了解决管片模型实验中模型的生产问题，本发明提供了一种管片缩尺模型的3d打印的方法，有效的研究了管片承载能力问题及连接方式对承载能力的影响。

2、一种管片缩尺模型的3d打印的方法，包括以下步骤：

3、s1，确定管片的缩放比例；

4、s2，根据确定好的缩放比例，对混凝土和钢筋以及所使用的螺栓进行尺寸缩放和强度缩放，使用pvc以及ups等具有相似力学性质的材料来分别替代混凝土和钢筋，使用强度更低的铝合金螺栓来替代管片连接螺栓；

5、s3,依据已确定的缩放比例，使用sketch up软件设计出缩放后的标准块管片、邻接块管片以及顶封块管片。设计内容包括管片的几何形状、结构、螺栓孔、手孔位置的预留以及其他相关细节；

6、s4，利用3d打印机将设计好的标准块管片、邻接块管片以及顶封块管片三种类型管片打印，在打印时按照填充密度设置30％、50％和80％三组打印模型。打印选用双喷头3d打印机，其中一个喷头加入pvc线材用于打印混凝土，而另一喷头种加入ups线材用于打印管片钢筋；

7、s5，将打印好的管片模型进行打磨处理，需要用砂纸等打磨工具将管片表面打磨光滑平整，尤其需要打磨管片螺栓孔及手孔位置，并将打磨产生的塑料颗粒及灰尘清理干净，保证后续组装连接顺利进行；

8、s6，将打印好的3d模型块用螺栓进行连接，连接方式根据工况设置为通缝连接和错缝连接两种，根据连接螺栓的选用设置直螺栓连接、弯螺栓连接和斜螺栓连接三种；

9、s7，按照实验规范，对3d打印管片结构的承载能力进行测试。

10、特别的，相似理论被用于确定管片的缩放比例。相似理论通常涉及到物体在不同尺度下具有相似几何形状和特性的原理。在这个背景下，通过考虑管片的几何形状和特性。这个比例将在后续步骤中用于尺寸缩放。

11、根据确定的缩放比例，对混凝土和钢筋进行尺寸缩放和强度缩放。这涉及到调整材料的物理尺寸以及强度参数，使用pvc以及ups等具有相似力学性质的材料来分别替代混凝土和钢筋，使用强度更低的铝合金螺栓来替代管片连接螺栓，确保它们适应新的管片缩尺模型的比例，同时保持与原始材料相似的力学性质。

12、管片连接选用的螺栓对于承载力有很大影响，为研究选用不同螺栓对承载能力的影响，因而设置了直螺栓连接、弯螺栓连接和斜螺栓连接三种螺栓。

13、要求在使用sketch up软件进行数字模型设计时，因选用的连接螺栓不同，需对不同的螺栓设计相应的直螺栓孔，斜螺栓孔以及弧形螺栓孔。

14、在使用3d打印机进行管片模型的打印时，可以控制模型的打印密度，从而可以实现对管片模型的强度及刚度的控制。

15、管片的组装方式对于最后进行承载能力测试也有很大影响，因而设置了通缝组装和错缝组装两种不同的工况，从而研究不同组装形式对于3d打印管片结构承载能力的影响。

16、本发明的有益技术效果在于：

17、(1)本发明提供一种管片缩尺模型的3d打印方法，有效的研究了管片的承载能力。

18、(2)本发明提供的3d打印方法，通过选用不同的连接螺栓，以及不同的连接方式(通缝连接、错缝连接)，可以充分的研究连接方式对管片结构承载能力的影响。

技术特征：

1.一种管片缩尺模型的3d打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

6.根据权利要求5所述的方法其特征在于

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

技术总结一种管片缩尺模型的3D打印方法，旨在通过使用相似理论和材料缩放来设计出符合缩放比例的标准块管片、邻接块管片和顶封块管片。在3D打印过程中，通过控制模型的打印密度来实现管片模型的强度及刚度的控制。同时，管片连接选用的螺栓类型和组装方式对于承载能力也有很大影响，因此设置了不同的连接螺栓和组装方式，并进行承载能力测试。本方法为管片承载力的研究提供了一种有效的模型实验方法。技术研发人员：刘学彦,郝帅,王卓玉受保护的技术使用者：北京林业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16