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          全球10座3D打印橋6座來自中國,有的打破吉尼斯世界紀錄

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          全球10座3D打印橋6座來自中國,有的打破吉尼斯世界紀錄

          作者:
          發布時間:
          2021/08/09
          【摘要】:
          近幾年,采用3D打印技術建造的橋開始陸續出現,本文我們就來匯總一下全球的3D打印橋。

          “橋”是一種用來跨越障礙的大型構造物,一般是建在河上或者海峽兩邊,可以讓人、汽車、火車或船舶通過。3800年前,人類就開始建橋了,如今我們在世界各地都能看到各式各樣的橋梁,根據所使用的材料它們可以分為:木橋、石橋,鐵橋、鋼橋、鋼筋混凝土橋等。此外,建橋的技術也在不斷演進,近幾年,采用3D打印技術建造的橋開始陸續出現,本文我們就來匯總一下全球的3D打印橋。

          △各式各樣的橋

          3D打印混凝土橋

          ①上海智慧灣3D打印混凝土步行橋

          2019年1月,由清華大學(建筑學院)-中南置地數字建筑研究中心徐衛國教授團隊設計研發,并與上海智慧灣投資管理有限公司共同建造的3D打印混凝土步行橋在上海智慧灣科創園落成。

          該步行橋全長26.3米,寬度3.6米,橋梁結構借取了中國古代趙州橋的結構方式,采用單拱結構承受荷載,拱腳間距14.4米。在該橋梁進入實際打印施工之前,進行了1:4縮尺實材橋梁破壞試驗,其強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機器臂3D打印系統,共用450小時打印完成全部混凝土構件;與同等規模的橋梁相比,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,大大節省了工程花費。該步行橋橋體由橋拱結構、橋欄板、橋面板三部分組成,橋體結構由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塊單元進行打印,橋面板共64塊也通過打印制成。這些構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合材料,經過多次配比試驗及打印實驗,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度達到65mpa,抗折強度達到15mpa。

          ②河北工業大學3D打印“趙州橋”

          2019年10月,裝配式混凝土3D打印趙州橋在河北工業大學北辰校區落成,并于2020年正式獲得“最長的3D打印橋”吉尼斯世界紀錄™稱號。這座由河北工業大學馬國偉教授團隊共同建造的3D打印橋梁,全長28.15米、凈跨度17.94米,受到業內外關注。

          3D打印的趙州橋按照原始趙州橋1:2縮尺打印后現場裝配式組裝,是目前世界最長跨度裝配式混凝土3D打印趙州橋。遠看成為河北工業大學一道亮麗的風景,不時有學生或者游客上前拍照留念。走近觀看,可以看出其裝配結構。

          橋面與欄板加入桃花元素,寓意桃李滿天下,同時欄板嵌入了1903、1912、1929、1952、1995、2019等年份的字樣,寓意學校建校116年的發展。

          ③太空灰3D打印鋼筋混凝土橋

          2019年7月,太空灰3D打印團隊宣布,完成了真正意義上整體3D打印的混凝土拱橋,該橋長5.5米,寬2.1米,高1.6米。打印材料是普通425水泥,加上骨料和鋼筋,總重量約10噸左右,打印耗時為32小時59分鐘。

          橋的主體打印在對于已經趨于成熟的太空灰團隊來說,技術實現上沒有難度。設計之初,就把打印的這個橋定義為可以過人、過車、包括重型車等,完全是按照正常使用的橋來設計。所以打印時,需要布置大量的鋼筋,控制程序中暫停功能,斷點續打、以及可以隨時調節打印速度快慢的功能都得以充分利用。

          ④扎哈事務所3D打印混凝土橋

          南極熊注意到,2020年,一座造型獨特的拱形磚橋出現在今年的威尼斯國際建筑雙年展 (Giardini della Marinaressa) 的場地上,引起了路人的好奇與關注。

          它名為 「Striatus 」,是一座 16x12 米的人行天橋。由 3D 打印的預制混凝土板組裝而成。

          Striatus 是由 Zaha Hadid Architects的算法設計研究組(ZHACODE)、ETHZ(瑞士蘇黎世聯邦理工學院)、incremental3D(in3D)共同合作的一個項目,并由 Holmic 付諸實現。

          Striatus 的設計展現了傳統磚石構造和先進技術的完美結合,同時也提供了一種能讓預算減半的建造思路:和傳統鋼筋混凝土樓板制造工藝相比,運用Striatus 的設計和制造方法能節約 70% 的混凝土用量,甚至還可以節約 90% 的鋼材!

          ⑤荷蘭混凝土3D打印人行天橋

          2019年9月,荷蘭Vertico公司與根特大學合作開發了一座3D打印的混凝土步行橋。
          通過混凝土3D打印工藝,該公司將橋梁施工中使用的材料減少了60%,但卻可以保證與傳統工藝建造的橋梁承受相同的重量。

          Vertico創始人Volker Ruitinga表示:“這座橋展示了3D混凝土打印提供的各種可能性,通過建造這座橋梁,Vertico展示出混凝土3D打印的優勢。我們相信這項技術是解決結構材料優化的關鍵,不但可以減少二氧化碳排放,還能提高建筑業的生產力。”

          ⑥2024巴黎奧運會3D打印混凝土橋

          這是一座還未建成的3D打印橋,法國巴黎公社(Plaine Commune Grand Paris)為籌備2024年巴黎奧運會,計劃建造一座40米長的3D打印混凝土人行天橋。
          承擔這個項目的單位包括土木工程公司Freyssinet、Levigne和Cheron Architects、計算和人工智能(AI)公司Quadric、建筑材料專家LafrageHolcim和大型3D打印公司XtreeE。


          跨度40米的人行天橋的橋面將完全由3D打印混凝土建造。目標是,與傳統結構相比,在建橋過程中減少60%的混凝土材料。
          結構的數字化設計,加上人行橋部件能夠在工業條件下生產并在現場快速組裝,為參與項目的建筑師提供了更大的設計自由度。為此采用3D打印將減少零部件的運輸,進而降低成本,同時無需使用模板。

          3D打印高分子材料橋

          ⑦泉州橋

          2019年6月,一座新的3D打印橋梁制造工作已經完成,該橋被稱為泉州連綿帶3D打印橋梁,在福建泉州百崎湖生態連綿帶完成安裝??梢怨├习傩諏嶋H使用的景觀橋梁,由上海建工和上??狷棛C器人科技有限公司使用大型3D打印機建造。

          泉州橋的長度17.5米,高3.2米,寬3.2米,重量12噸,橋身整體都是由高分子材料使用3D打印技術制造完成。全部制造周期五周時間,比起傳統混凝土灌漿制造法縮短了將近一半以上的時間。強度上也一點不比鋼筋混凝土遜色,每平方米可以承受2千牛頓的壓強,也就是說就算橋上就算占滿人也不用擔心橋身的堅固程度。

          這是繼去年上海桃浦中央綠地公園的景觀橋之后,上海建工和上??狷棛C器人科技有限公司近期又完成了另一座同樣使用3D打印技術完成的橋梁。2018年11月完工的桃浦中央綠地景觀橋,重6噸采用橫向一體化打印成型,而2019年6月完工的泉州連綿帶山巒景觀橋,重量提升1倍達到12噸,采用縱向打印分為16段打印后組裝完成。所使用的材料都是ASA+玻璃纖維增強顆粒高分子材料。


          ⑧3D打印伸縮橋

          2021年7月 ,在即將對外開放的“星空高架公園”中有一座3D打印的伸縮橋“萬年輪”,它連接了沿河步行道與高線廊道,是跨越園內湖的必經之路。橋長9.34米,總重量僅有850公斤,分為9段可伸縮片段,它的開合僅僅需要一分鐘


          這座3D打印的伸縮橋設計靈感來源于齊白石先生的一幅作品。除藝術性外,它能承載比自身更重的重量,走在上面感覺很結實。


          整個的橋身和橋面都是通過3D打印技術實現的,橋面和橋身的每一塊面板也都不一樣。橋的組成材料采用環保材料碳酸聚酯,使用多年磨損后,還可以回收再造,不會污染環境。

          ⑨同濟大學改性塑料3D打印步行橋

          2017年8月,一座外表黝黑、以全新改性塑料打印的步行橋成為同濟大學的校園一景。這座橋吸引了校內其他學科專家的關注,然而,持續多日的高溫,使得建橋者袁烽不得不將這座僅誕生42天的世界首座3D打印步行橋搬回實驗室,進行材料升級。
          雖然這次實驗沒有成功,但是卻是國內較早用3D打印來造橋的案例,非常有進步意義。

          3D打印不銹鋼橋

          ⑩荷蘭阿姆斯特丹3D打印不銹鋼橋

          2021年7月 ,荷蘭阿姆斯特丹的3D打印不銹鋼橋終于投入使用了,距離南極熊首次報道這座3D打印橋已經過去了三年多時間。
          這座橋長12米,在阿姆斯特丹外MX3D的一個工廠內進行3D打印。這個項目最開始的計劃是使用可移動的機器人直接在運河上打印,但是由于擔心環境和行人干擾,最終選擇在工廠內打印,并運輸到運河上安裝的方式。

          這座橋梁的造型獨特,流動線條外觀是由3D打印技術完成的,將自動化技術與焊接完美結合。能夠同時承載30個人在橋上行走。橋的設計是有機的,有很多曲線,并且橋梁的表面在施工后沒有進行表面后處理,這意味著3D打印鋼一層一層堆積成型的樣子是清晰可見的。橋面上鋪設了供人行走的面板。

          以上就是全球10座3D打印橋,其中6座是在中國的案例,可見國內對于橋梁的熱衷。

          采用3D打印技術來建造橋,有諸多的優勢,當然也有不足之處,南極熊相信經過技術的不斷成熟,3D打印造橋會成為更常見的手段。

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