Реєстраційний номер
0826U002635, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
12-08-2026
Статус
Захищена
Назва роботи
Несуча здатність та деформативність балок, виготовлених за технологією 3D друку
Здобувач
Бурак Дмитро Юрійович,
Керівник Демчина Богдан Григорович
Опонент Караван Віктор Васильович
Опонент Журавський Олександр Дмитрович
Рецензент Кархут Ігор Іванович
Рецензент Крамарчук Андрій Петрович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний університет "Львівська політехніка"
Опис
Сьогодні будівельна галузь стикається з нестачею кваліфікованої робочої сили, що негативно впливає на терміни та якість будівельних робіт. Одним із шляхів вирішення цієї проблеми є впровадження технології 3D друку в будівництві. Завдяки високому рівню автоматизації та комп’ютерному керуванню вона дозволяє скоротити потребу в робочій силі, оптимізувати використання матеріалів, зменшити витрати на матеріальні ресурси та логістику, а також суттєво зменшити вуглецевий слід галузі. Цю технологію переважно використовують для зведення самонесучих стін або виготовлення опалубки, не включаючи надруковані елементи до силового розрахунку будівель. Водночас можливість виготовлення 3D друкованих несучих конструкцій дозволить значно оптимізувати будівельні процеси. Головним викликом виготовлення несучих конструкцій за допомогою 3D принтера є відсутність українських та міжнародних нормативних документів, які регулюють проектування і будівництво таких конструкцій. Це обмежує можливості практичного застосування 3D друку для виготовлення повноцінних несучих конструкцій та стримує інтеграцію цієї технології у сучасні системи проектування. У зв’язку з цим актуальним є проведення експериментальних досліджень та адаптація існуючих розрахункових підходів для оцінювання несучої здатності та деформативності 3D-друкованих несучих конструкцій.
Дисертація присвячена експериментальним та теоретичним дослідженням роботи балок, виготовлених за технологією 3D друку, та визначенню їх несучої здатності та деформативності в лабораторних умовах. Перед друком дослідних зразків була розроблена методика виготовлення та способи армування балок з врахуванням особливостей даної технології. Дослідні балки були поділені на серії, які відрізнялися між собою орієнтацією друку та методами армування. Балки серій 1-3 були виготовлені без поперечного армування. Для встановлення балок серій 3 та 5 у проектне робоче положення під час випробувань їх обертали на 90° відносно положення, в якому вони були надруковані. Поперечну арматуру балок серій 4 та 6 встановлювали після завершення друку. Балки серії 6 запроектована з передбаченим дефектом у вигляді порожнини у стиснутій зоні перерізу.
Балки серій 1-3 без поперечного армування зруйнувалися по похилому перерізі. Балки серій 4-5 зруйнувалися по нормальному перерізі після досягнення граничних деформацій у розтягнутій арматурі. Балки серії 6 з передбачуваним дефектом показали різний характер руйнування. Графіки приросту деформації та прогинів представлені у роботі.
Окремими дослідженнями експериментально визначені механічні характеристики бетону екструзії, а саме міцність на стиск і модуль пружності, у різних напрямках прикладання навантаження по відношенню до шарів та у контрольних зразках, виготовлених в опалубці. Найбільше значення міцності на стиск показало випробування контрольних зразків. Зразки, виготовлені на 3D принтері, показали нижчу міцність бетону екструзії.
Аналіз експериментальних і теоретичних результатів показав, що застосування чинної методики розрахунку похилого перерізу згинених конструкцій без поперечної арматури до балок, виготовлених за технологією 3D друку, призводить до завищення їх розрахункової несучої здатності. Максимальна розбіжність між теоретичними та експериментальними значеннями становила до 43 %. Запропоновано уточнення до методики розрахунку з урахуванням міцності бетону екструзії на розтяг та зріз. Після внесення уточнень відхилення між розрахунковими та експериментальними значеннями зменшилось до 1-29 % в сторону експериментальних результатів.
Застосування чинної методики розрахунку нормального перерізу балок за деформаційною моделлю відповідно до чинних нормативних документів демонструвало задовільну збіжність з експериментальними результатами. Це підтверджує можливість використання деформаційної моделі для оцінки несучої здатності 3D-друкованих залізобетонних елементів.
Встановлено вплив орієнтації шарів друку та технологічних дефектів, зокрема міжшарових внутрішніх пустот, на несучу здатність і деформативність балок, виготовлених за технологією 3D друку. Для врахування зниження їх несучої здатності експериментально визначено коефіцієнт впливу дефектів.
За результатами виконаної роботи розроблені рекомендації щодо проектування балок, виготовлених за технологією 3D друку.
Дата реєстрації
2026-06-17
Додано/оновлено в НРАТ
2026-06-17 / 2026-08-13
