3D打印混凝土步行橋意義

隨著中國人口紅利的消失，建設(shè)工程對(duì)于勞動(dòng)力需求日趨緊張，3D打印作為智能建造的重要方式，將對(duì)中國工程建設(shè)的智能化發(fā)展及推動(dòng)建筑工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)揮重要作用。

盡管近年來許多國內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)及建造公司致力于3D混凝土打印建造的技術(shù)攻關(guān)，但還沒有真正將這一技術(shù)用于實(shí)際工程。上海3D打印步行橋的建成，標(biāo)志著該技術(shù)從研發(fā)到實(shí)際工程應(yīng)用邁出了可喜的一步，也標(biāo)志著中國3D混凝土打印建造技術(shù)已跨入世界先進(jìn)水平。

橋體運(yùn)用了徐衛(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)。該系統(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)。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)，橋面板采用腦紋珊瑚形態(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)，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。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。

此橋有三方面的創(chuàng)新性：第一為機(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)；第二為打印路徑生成及操作系統(tǒng)，它將形體設(shè)計(jì)、打印路徑生成、材料泵送、前端運(yùn)動(dòng)、機(jī)器臂移動(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，它具有合理的材性及穩(wěn)定的流變性。

工程打印用了兩臺(tái)機(jī)器臂3D打印系統(tǒng)，耗時(shí)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及鋼筋，大大節(jié)省了工程花費(fèi)。在打印施工之前，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。

該3D打印混凝土步行橋全長26.3米、寬度3.6米，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。