1月12日,目前世界最大規(guī)模3D打印混凝土步行橋在上海智慧灣科創(chuàng)園落成。該工程由清華大學(xué)(建筑學(xué)院)-中南置地數(shù)字建筑研究中心徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計研發(fā)、并與上海智慧灣投資管理有限公司共同建造。南極熊3D打印網(wǎng)作為戰(zhàn)略合作媒體,參與了3D打印混凝土步行橋落成儀式并進(jìn)行報道。
該步行橋全長26.3米,寬度3.6米,橋梁結(jié)構(gòu)借取了中國古代趙州橋的結(jié)構(gòu)方式,采用單拱結(jié)構(gòu)承受荷載,拱腳間距14.4米。在該橋梁進(jìn)入實(shí)際打印施工之前,進(jìn)行了1:4縮尺實(shí)材橋梁破壞試驗(yàn),其強(qiáng)度可滿足站滿行人的荷載要求。
步行橋的設(shè)計采用了三維實(shí)體建模,橋欄板采用了形似飄帶的造型,與橋拱一起構(gòu)筑出輕盈優(yōu)雅的體態(tài)橫臥于上海智慧灣池塘之上;橋面板采用了腦紋珊瑚的形態(tài),珊瑚紋之間的空隙填充細(xì)石子,形成園林化的路面。上去行走,感覺略微有些陡峭,但很穩(wěn)定,用手觸摸橋面,可以感受到珊瑚紋的凹凸。
據(jù)介紹,整體橋梁工程的打印用了兩臺機(jī)器臂3D打印系統(tǒng),共用450小時打印完成全部混凝土構(gòu)件;與同等規(guī)模的橋梁相比,它的造價只有普通橋梁造價的三分之二;該橋梁主體的打印及施工未用模板,未用鋼筋,大大節(jié)省了工程花費(fèi)。徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的混凝土3D打印系統(tǒng)技術(shù),具有工作穩(wěn)定性好、打印效率快、成型精度高、可連續(xù)工作等特點(diǎn),在三個方面具有獨(dú)特的創(chuàng)新性并領(lǐng)先于國內(nèi)外同行:機(jī)器臂前端打印頭,具有不堵頭、且打印出的材料在層疊過程中不塌落的特點(diǎn);打印路徑生成及操作系統(tǒng),將形體設(shè)計、打印路徑生成、材料泵送、前端運(yùn)動、機(jī)器臂移動等各系統(tǒng)連接為一體協(xié)同工作;獨(dú)有的打印材料配方,具有合理的材性及穩(wěn)定的流變性。
該步行橋橋體由橋拱結(jié)構(gòu)、橋欄板、橋面板三部分組成,橋體結(jié)構(gòu)由44塊0.9*0.9*1.6米的混凝土3D打印單元組成 ,橋欄板分為68塊單元進(jìn)行打印,橋面板共64塊也通過打印制成。這些構(gòu)件的打印材料均為聚乙烯纖維混凝土添加多種外加劑組成的復(fù)合材料,經(jīng)過多次配比試驗(yàn)及打印實(shí)驗(yàn),目前已具有可控的流變性滿足打印需求;該新型混凝土材料的抗壓強(qiáng)度達(dá)到65mpa,抗折強(qiáng)度達(dá)到15mpa。
與此同時,該橋預(yù)埋有實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng),包括振弦式應(yīng)力監(jiān)控和高精度應(yīng)變監(jiān)控系統(tǒng),可以即時收集橋梁受力及變形狀態(tài)數(shù)據(jù),對于跟蹤研究新型混凝土材料性能以及打印構(gòu)件的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能具有實(shí)際作用。
據(jù)南極熊了解,隨著我國人口紅利的消失,建設(shè)工程對于勞動力的需求將越來越供不應(yīng)求,智能建造將是解決這問題的重要渠道,3D打印作為智能建造的一種重要方式,將對工程建設(shè)的智能化發(fā)展發(fā)揮重要作用。雖然在3D混凝土打印建造方面存在著許多需要解決的瓶頸問題,該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)及實(shí)際應(yīng)用的競爭也日益激烈,國際國內(nèi)很多科研機(jī)構(gòu)及建造公司一直致力于這方面的技術(shù)攻關(guān),但還沒有真正將這一技術(shù)用于實(shí)際工程。該步行橋的建成,標(biāo)志著這一技術(shù)從研發(fā)到實(shí)際工程應(yīng)用邁出了可喜的一步,我國3D混凝土打印建造技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)水平。
而這座3D打印混凝土步行橋之所以落戶位于寶山的上海智慧灣科創(chuàng)園,則和這里的3D打印產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展密切相關(guān)。目前,智慧灣科創(chuàng)園以全球首家3D打印為主題的中國3D打印文化博物館為窗口,通過展覽展示推動藝術(shù)創(chuàng)新和工業(yè)設(shè)計;同時通過產(chǎn)業(yè)聚集,引入3D打印產(chǎn)業(yè)和行業(yè)內(nèi)的重點(diǎn)企業(yè)和更多的優(yōu)秀人才來到園區(qū),逐步形成了一個集研發(fā)、創(chuàng)意、投資、推廣于一體的3D打印生態(tài)圈。
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