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世界最大规模3D打印混凝土步行桥在宝山落成

2019/1/14 10:51:43 来源:上海宝山 选稿:丁怡隽

  1月12日,目前世界最大规模3D打印混凝土步行桥在上海智慧湾科创园落成。该工程由清华大学(建筑学院)-中南置地数字建筑研究中心徐卫国教授团队设计研发、并与上海智慧湾投资管理有限公司共同建造。

  该步行桥全长26.3米,宽度3.6米,桥梁结构借取了中国古代赵州桥的结构方式,采用单拱结构承受荷载,拱脚间距14.4米。在该桥梁进入实际打印施工之前,进行了1:4缩尺实材桥梁破坏试验,其强度可满足站满行人的荷载要求。

  记者在现场看到,步行桥的设计采用了三维实体建模,桥栏板采用了形似飘带的造型,与桥拱一起构筑出轻盈优雅的体态横卧于上海智慧湾池塘之上;桥面板采用了脑纹珊瑚的形态,珊瑚纹之间的空隙填充细石子,形成园林化的路面。上去行走,感觉略微有些陡峭,但很稳定,用手触摸桥面,可以感受到珊瑚纹的凹凸。

  据介绍,整体桥梁工程的打印用了两台机器臂3D打印系统,共用450小时打印完成全部混凝土构件;与同等规模的桥梁相比,它的造价只有普通桥梁造价的三分之二;该桥梁主体的打印及施工未用模板,未用钢筋,大大节省了工程花费。徐卫国教授团队自主开发的混凝土3D打印系统技术,具有工作稳定性好、打印效率快、成型精度高、可连续工作等特点,在三个方面具有独特的创新性并领先于国内外同行:机器臂前端打印头,具有不堵头、且打印出的材料在层叠过程中不塌落的特点;打印路径生成及操作系统,将形体设计、打印路径生成、材料泵送、前端运动、机器臂移动等各系统连接为一体协同工作;独有的打印材料配方,具有合理的材性及稳定的流变性。

  该步行桥桥体由桥拱结构、桥栏板、桥面板三部分组成,桥体结构由44块0.9*0.9*1.6米的混凝土3D打印单元组成,桥栏板分为68块单元进行打印,桥面板共64块也通过打印制成。这些构件的打印材料均为聚乙烯纤维混凝土添加多种外加剂组成的复合材料,经过多次配比试验及打印实验,目前已具有可控的流变性满足打印需求;该新型混凝土材料的抗压强度达到65mpa,抗折强度达到15mpa。

  与此同时,该桥预埋有实时监测系统,包括振弦式应力监控和高精度应变监控系统,可以即时收集桥梁受力及变形状态数据,对于跟踪研究新型混凝土材料性能以及打印构件的结构力学性能具有实际作用。

  设计方告诉记者,随着我国人口红利的消失,建设工程对于劳动力的需求将越来越供不应求,智能建造将是解决这问题的重要渠道,3D打印作为智能建造的一种重要方式,将对工程建设的智能化发展发挥重要作用。虽然在3D混凝土打印建造方面存在着许多需要解决的瓶颈问题,该领域技术研发及实际应用的竞争也日益激烈,国际国内很多科研机构及建造公司一直致力于这方面的技术攻关,但还没有真正将这一技术用于实际工程。该步行桥的建成,标志着这一技术从研发到实际工程应用迈出了可喜的一步,我国3D混凝土打印建造技术进入世界先进水平。

  而这座3D打印混凝土步行桥之所以落户位于宝山的上海智慧湾科创园,则和这里的3D打印产业蓬勃发展密切相关。目前,智慧湾科创园以全球首家3D打印为主题的中国3D打印文化博物馆为窗口,通过展览展示推动艺术创新和工业设计;同时通过产业聚集,引入3D打印产业和行业内的重点企业和更多的优秀人才来到园区,逐步形成了一个集研发、创意、投资、推广于一体的3D打印生态圈。

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