Дослідження балочних елементів виготовлених за технологією ЗД друку
Автор: Нурманов Артур Нурланович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Будівництво та цивільна інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Оскільки бетонні роботи наразі становлять одну з найдорожчих складових традиційного будівництва, впровадження технології 3D-друку у будівельний процес відкриває можливості суттєво знизити витрати та вирішити низку актуальних проблем. А саме - подолання дефіциту кваліфікованих кадрів, прискорення темпів зведення об’єктів, підвищення якості за рахунок мінімізації впливу людського чинника, скорочення обсягів відходів, зменшення вуглецевого сліду бетонного виробництва. Використання дерев’яної опалубки при проведенні бетонних робіт являється найдорожчим і найбільш трудозатратним процесом бетонування. Оскільки головними перевагами технології 3D друку є відмова від опалубки і можливість друку складних архітектурних форм, які суттєво підвищують вартість опалубочних робіт. Використання цієї технології може скоротити час будівництва на 60%, а витрати на робочу силу - на 80%. У розділі 1 здійснено аналіз наукових досліджень на тему застосування, 3D друку у будівництві. Були проаналізовані будівлі, які зведені за допомогою даної технології, опрацьовані головні переваги і виклики використання 3D принтера на будівництві, проаналізовані дослідження в напрямках розробки технології друку, оптимізації процесів, вибору складу суміші для друку, моделювання, розрахунків надрукованих конструкцій. Один із перших знакових прикладів використання технології 3D друку в будівництві відбувся в Китаї у 2015 році під час Пекінського тижня дизайну був представлений надрукований павільйон «Вулкан» [1]. У 2017 році в Нідерландах було реалізовано перший у світі велосипедний міст, виготовлений методом 3D-друку з бетону, що стало значним досягненням у галузі будівництва. Проліт мосту складає 6,5 м, а ширина 3,5 м. Висота перерізу мосту 0,92 м. Розрахункове навантаження на міст склало 5 кН/м2 [2]. Були представлені головні стратегії виготовлення конструкцій за допомогою 3D-друку і описані переваги і недоліки застосування кожної з них. Виходячи з технологічних можливостей застосування технології 3D друку можлива як на будівельному майданчику так і у павільйоні, з подальшим транспортування конструкцій, або цілої споруди на будову [3]. Були проаналізовані основні методи 3D-друку: екструзія матеріалу, стереолітографія, спікання порошкового шару, крапельне нанесення матеріалу, зв’язувальне склеювання та шарове склеювання листів [4]. Також проаналізовано принцип розрахунку балок згідно діючих нормативних документів України. [5] У розділі 2 описана методика експериментальних досліджень. Описано дослідження фізико-механічних властивостей матеріалів шляхом руйнування стандартних зразків кубиків і призм згідно нормативних документів України [6]. Описано технологічний процес виготовлення балок за допомогою технології 3D друку, представлені головні технологічні і проектні креслення. Розроблено методику випробування балки під навантаженням, описано лабораторний стенд і представлено його креслення та вигляд. Також була описана методика розрахунку залізобетонної балки. У розділі 3 описані результати дослідження. Визначено руйнівне зусилля зразків кубиків і призм. Згідно результатів експериментальних досліджень проведено еквівалентне перетворення експериментальних результатів до нормативних показників відповідного класу бетону. Були представлені результати дослідження балки під навантаженням у табличній формі. Також були складені графіки деформацій бетону та арматури. Було проведено порівняння експериментальних та теоретичних значень. У розділі 4 представлено економічне порівняння. Об’єкт дослідження: балкові конструкції, виготовлені методом 3D-друку. Предмет дослідження: параметри формування, геометрія перерізу, несуча здатність і технологічні особливості виготовлення. Мета дослідження: аналіз експериментального зразка та узагальнення наукових підходів до оптимізації конструкцій, виготовлених із застосуванням технології 3D-друку. Ключові слова: 3D-друк, цифрове будівництво, балка, зчеплення шарів, армування, технологічне формування. СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Gavrylyuk S.A. , New technologies in the field of construction. Using 3d printers Academic Journals and Conferences. ITBP.2021. p. 15-22. 11. Hamidreza Gh.S., Corker J., Fan M 2. Salet, T. A. M., Ahmed, Z. Y., Bos, F. P., Laagland, H. L. M. Design of a 3D printed concrete bridge by testing. Virtual and Physical Prototyping. Vol.13(3). 2018. P. 222–236. 3. Placzek, G., & Schwerdtner, P. (2024). A Global Snapshot of 3D-Printed Buildings: Uncovering Robotic-Oriented Fabrication Strategies. Buildings, 14(11), 3410. https://doi.org/10.3390/buildings14113410 4. Nesterenko, P. N. (2020). 3D printing in analytical chemistry: current state and future. Pure and Applied Chemistry, 92(8), 1341–1355. https://doi.org/10.1515/pac-2020-0206 5. ДСТУ Б В.2.6-156:2010 Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції з важкого бетону. Правила проектування. Мінрегіонбуд.2011 6 ДСТУ Б В.2.7-214:2009 Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками. Мінрегіонбуд 2009