3D打印作为一种依托于计算机三维数据采集来生成结构模型的方法,具有无模、快速和精细化成型等优点,广泛应用于多个领域,也在被尝试用于建筑工程建设。由于3D打印的建造特点,打印基体必须满足一定的可建造性,瞬时形塑能力、力学性能和长期工作性能、耐久性能标准。现有研究中的3D打印混凝土,其强度范围一般在C40-C60之间,不适用于建设大跨空间结构(桥梁、厂房、空间网架等)。伴随着新型建筑技术不断发展,实现空间跨越的3D打印桥梁已成为当下的研究热点,3D打印有望克难攻坚,突破现今桥梁建设和设计中的技术障碍,快速高效地完成新型结构建造。为解决上述问题,本文以3D打印拱桥为研究目标,研制新型3D打印高强混凝土材料,对3D打印桥梁进行结构设计和受力分析研究,开展了以下工作:(1)从3D打印混凝土配合比设计出发,研究了水胶比、砂胶比、矿粉掺量、纤维掺量对材料性能的影响,针对材料的流动性和强度指标,设计了 3D打印混凝土的配合比优化方案。研制完成的PVA纤维混凝土,其28d抗压强度大于80MPa,28d抗折强度大于13MPa,流动度在160mm-170mm之间,具有良好的触变性能和保水性能,可以满足3D打印泵送挤出和堆积成型的要求。(2)基于3D打印混凝土材料配合比优化,从力学性能和耐久性能等方面探究打印方向和层叠效果对3D打印结构力学性能的影响,并借助CT扫描技术探究材料内部机理。研究发现:3D打印堆积成型虽减少了结构内部大孔使基体更致密,但使界面缺陷呈现出各向异性,3D打印结构的条间缺陷要大于层间缺陷,结构界面缺陷对3D打印混凝土的力学性能和耐久性能产生较大的影响。(3)利用碳纳米管对3D打印混凝土早期性能进行改善,探究不同体积掺量对材料性能的影响规律,并通过SEM显微技术对比宏观纤维(PVA纤维)和微观纤维(碳纳米管)的协同作用。试验发现:多壁碳纳米管对混凝土的可建造性无不利影响,并可以有效提高3D打印混凝土的早期强度,与此同时碳纳米管的分散效果对于微观裂缝的有效桥接和早期强度提升至关重要。(4)采用3D打印混凝土设计建造人行桥,基于数值模拟确定简化缩尺模型开展静载试验,研究打印分层和钢丝网增强对成型结构力学性能影响,与模具成型的混凝土结构进行对比分析,为打印结构结构设计,受力分析和失效形态提供工程借鉴。结果表明:3D打印拱桥模型具有良好的刚度和优越的承载能力,钢丝网增强拱桥承载能力和变形能力,并改善了失效形态的脆性特征,在配筋率相似的情况下,密钢丝网的加劲效果要优于疏钢丝网。