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世界最大规模3d打印混凝土步行桥12日在上海智慧湾科创园落成。桥长26.3米、宽3.6米,单拱结构,远看像座普通的景观桥,坡度还相当陡峭,你敢上去走吗?研发团队打包票表示没问题——他们实施打印施工前做过桥梁破坏试验,确认该桥荷载可以“站满行人”。

上海智慧湾科创园是3d打印博物馆所在地,3d打印混凝土桥架设在园区的景观河道上,周围是各种由集装箱改造而成的园区建筑,彩色的、棱角分明的集装箱建筑和水泥色、曲线形的桥体形成有趣的对照。园区一家机器人培训企业派出两名高大的机器人在桥两侧“站台”,引得游客们争相合影。

3d打印桥由清华大学(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,该团队与上海智慧湾投资管理有限公司共同建造。桥梁结构借取中国古代赵州桥的结构方式,以单拱结构承受荷载。设计采用三维实体建模,桥体由桥拱结构、桥栏板、桥面板三部分组成,桥栏板造型形似飘带,桥面板采用了脑纹珊瑚形态,珊瑚纹之间的空隙填充细石子,这个纹路相当耐看。

桥梁构件的打印材料都是聚乙烯纤维混凝土添加多种外加剂组成的复合材料,经过多次配比试验和打印实验,具有了可控的流变性,满足打印需求。这种新型混凝土材料的抗压强度达到65mpa,抗折强度达到15mpa。

实际打印施工之前,研发团队进行了1:4缩尺实材桥梁破坏试验,确认桥梁强度可满足“站满行人”的荷载要求。而且,桥内预埋有实时监测系统——振弦式应力监控和高精度应变监控系统——能够即时收集桥梁受力和变形状态数据,这有助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。

记者上桥走了走,桥面相当陡峭,下坡尤其考验人的平衡能力,据说这座桥挑战了规定允许的最大坡度。“单拱结构样式有长久的生命力,而3d打印的优势在于能够打印异形结构,比如流线形、曲面形结构,”徐卫国说,整体桥梁工程打印用了两台机器臂3d打印系统,共耗费450小时完成全部混凝土构件。相比同等规模桥梁,它的造价只有普通桥梁造价的三分之二。

“一般人造工程的造价,人力、模板和其他各占三分之一。机器工作所需人力大大减少,能够解放劳动力。而且3d打印混凝土桥没用模板、没用钢筋,大大节省了工程花费。” 徐卫国表示,这座3d打印桥既是智慧湾园区的展示性作品,也是一项永久性的工程。3d打印超大型构建的技术趋于成熟,近期已有不少企业找到他的团队,希望合作开展一些工程。

徐卫国团队将在上海宝山继续他们的3d打印试验,接下来他们计划在宝山另一个产业园区建造3d打印房屋,“目前已有的3d打印房屋案例主要是完成了房屋主体结构,我们希望开发完整的房屋打印系统,兼顾建筑的保温、防水、管道、室内装修等结构。当然这些不是一次成形,还会涉及到3d打印与智能建造等技术的结合。”徐卫国透露,正在研发的建筑是两到三层的居民用房,并且届时房子将在现场打印展示,而这次混凝土桥的打印是在车间完成的。

上海智慧湾科创园表示,3d混凝土打印建造方面存在许多技术瓶颈,这个领域技术研发及实际应用的竞争日益激烈,国际国内有相当多的科研机构、建造公司在开展技术攻关,但还没有真正将这一技术用于实际工程。园区步行桥的建成,意味着着这项技术从研发到实际工程应用迈出了一大步。

作者:钱蓓

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