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清華徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)建成目前世界最大混凝土3D打印步行橋

星之球科技 來(lái)源:清華新聞網(wǎng)2019-01-14 我要評(píng)論(0 )   

1月12日,清華大學(xué)(建筑學(xué)院)-中南置地?cái)?shù)字建筑研究中心徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)運(yùn)用自主研發(fā)的機(jī)器臂3D打印混凝土技術(shù),在上海寶山智慧

1月12日,清華大學(xué)(建筑學(xué)院)-中南置地?cái)?shù)字建筑研究中心徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)運(yùn)用自主研發(fā)的機(jī)器臂3D打印混凝土技術(shù),在上海寶山智慧灣建成目前規(guī)模最大的混凝土3D打印步行橋。

鳥(niǎo)瞰橋體

從西北看橋體

從西南側(cè)看橋

夜景

該步行橋全長(zhǎng)26.3米,寬度3.6米,橋梁結(jié)構(gòu)借取了中國(guó)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。

整體橋梁工程的打印用了兩臺(tái)機(jī)器臂3D打印系統(tǒng),共用450小時(shí)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(jià)只有普通橋梁造價(jià)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)。

打印結(jié)構(gòu)件

打印橋面板

打印橋欄板

步行橋的設(shè)計(jì)采用了三維實(shí)體建模,橋欄板采用了形似飄帶的造形與橋拱一起構(gòu)筑出輕盈優(yōu)雅的體態(tài)橫臥于上海智慧灣池塘之上;該橋的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。

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(guò)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(guò)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。

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

該橋預(yù)埋有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)收集橋梁受力及變形狀態(tài)數(shù)據(jù),對(duì)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。

隨著我國(guó)人口紅利的消失,建設(shè)工程對(duì)于勞動(dòng)力的需求將越來(lái)越供不應(yīng)求,智能建造將是解決這問(wèn)題的重要渠道,它將推動(dòng)我國(guó)建筑工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí),3D打印作為智能建造的一種重要方式將對(duì)工程建設(shè)的智能化發(fā)展發(fā)揮重要作用。

目前,3D混凝土打印建造方面還存在著許多需要解決的瓶頸問(wèn)題,該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)及實(shí)際應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈,國(guó)際國(guó)內(nèi)具有相當(dāng)多的科研機(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(méi)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,同時(shí)它標(biāo)志著我國(guó)3D混凝土打印建造技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)水平。

徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的機(jī)器臂3D打印混凝土系統(tǒng)由數(shù)字建筑設(shè)計(jì),打印路徑生成,操作控制系統(tǒng),打印機(jī)前端,混凝土材料等創(chuàng)新技術(shù)集成,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)。該系統(tǒng)在三個(gè)方面具有獨(dú)特的創(chuàng)新性并領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)外同行,第一為機(jī)器臂前端打印頭,它既具有攪拌又有擠壓推送功能;第二為打印路徑生成及操作系統(tǒng),它將形體設(shè)計(jì)、合理路徑、泵送、前端、機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)等各系統(tǒng)連接為一體協(xié)同工作;第三為獨(dú)有的打印材料配方,具有合理的材性及穩(wěn)定的流變性。

徐衛(wèi)國(guó)教授從2003年以來(lái)一直從事數(shù)字設(shè)計(jì)及數(shù)字建造研究。他通過(guò)教學(xué)、工程、策展、出版等多種渠道推動(dòng)了數(shù)字建筑在中國(guó)的迅速發(fā)展,目前他在該領(lǐng)域出版有17本著作、發(fā)表120多篇論文。近年來(lái),他的研究專注于以機(jī)器臂為基礎(chǔ)的智能建造,研究?jī)?nèi)容涉及多方面,特別是在機(jī)器臂3D混凝土打印建造、以及機(jī)器臂自動(dòng)砌筑的實(shí)際運(yùn)用方面,取得重要進(jìn)展。為了表彰他在這方面的貢獻(xiàn),2018年9月12-14日在瑞士蘇黎世理工(ETH)舉行的ROB|ARCH2018(國(guó)際機(jī)器人建筑大會(huì))將“技術(shù)運(yùn)用獎(jiǎng)”授予徐衛(wèi)國(guó)教授。

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