千年“赵州桥”现身天津?河工大副校长为你详

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东方网 >> 中国频道 >> 滚动新闻 >> 正文 我要投稿 新闻热线:021-60850333 千年“赵州桥”现身天津?河工大副校长为你详解背后的3D打印秘密

2019-10-19 20:34:51

来源: 津云 作者: 刘畅

     天津北方网讯: 赵州桥位于河北省赵县,距今已有1400多年的历史,是世界上现存最早、保存最好的一座弧形单孔敞肩型石拱桥。而如今,就在天津市北辰区河北工业大学校园内,矗立着一座装配式混凝土3D打印赵州桥,它单跨18.04m,是目前世界上单跨最长的混凝土3D打印桥梁。

    

    古韵桥梁与现代的3D打印技术碰撞出的火花让它成为了校园内的“网红打卡地”,也让不少网友问出了“十万个为什么”:为什么要用3D打印造桥?打印这么长一座桥需要多大的打印机?用什么材料可以打印出一座桥?

    

    近日,记者走访了河北工业大学北辰校区,见到了负责该项目的河北工业大学副校长、土木与交通学院院长马国伟教授,他向记者讲述了这些年他带领研究团队,将绿色智慧建造理念运用到产学研结合的探索之路。

    

    学生探秘“网红”桥 桥面设计有讲究

    15日中午,正是学生午休时间,靠近食堂的3D打印赵州桥边,多是三五成群的学生听说了这座神奇的“网红”赵州桥,前来一饱眼福。学生们徐徐走上桥体,或靠或站,与桥身上的望柱近距离接触,还不时拍照合影留念。远远望去,这座仿古桥与赵州桥原型一样采用了圆弧拱形式,而走近则能看出桥体和楼梯都有别于原型,显示出混凝土3D打印特色的层层堆叠的形态。

    桥面的设计也同样有讲究,马国伟副校长告诉记者,桥栏杆整体形态设计迎合了赵州桥孔洞曲线,桥面与栏板加入桃花元素,寓意桃李满天下,同时栏板嵌入了1903、1912、1929、1952、1995、2019等年份的字样,寓意学校建校116年的发展。

    

    3D打印 一种颠覆传统的建造模式

    3D打印作为一项新兴技术,在各个制造领域的运用越来越深入、兼具有创新意识。而在建筑领域,目前还是一种全新的颠覆传统的建造模式。而选择赵州桥,对于马国伟及其团队来说,在结构设计、施工建造、造型美学方面颇具指导意义。

    那么,什么是混凝土3D打印呢?混凝土3D打印是一种将水泥基复合材料逐层堆叠的新型增材制造技术,因其无模化、自动化、快速化和灵活化的建造优势在建筑、桥梁、基础设施等领域迅速兴起,并表现出巨大发展潜力。3D打印是无模快速建造过程,可以在没有模板支撑的前提下,自由灵活的快速建造异型混凝土结构和建筑,设计方案更加自由灵动,可以利用打印中的特殊纹理赋予建筑特殊表皮,同时还可以运用于古建筑保护中,精准恢复古建筑的残损、遗失部分。

    这么一座桥梁是怎么打印出来的呢?马国伟副校长告诉记者:“装配式3D打印赵州桥采用模块化打印技术,并对节点装配形式进行优化设计,在现场直接进行装配式建造。”除此之外,还引入BIM虚拟仿真技术、现代化智能监测手段为传统桥梁赋予现代气息。

    探秘实验室巨型3D打印机 让人大开眼界

    在河北工业大学智慧基础设施研究院的实验室,记者看到,多台大型3D打印机正在调试和工作,最小的桌面式混凝土3D打印机可以打印较精细的小件样品,而最大的框架式混凝土3D打印机则可以打印出直径9.2米的成品。

    正在进行调试的学生告诉记者,这种打印机相比传统的施工建造的优点,是可以节省约90%的模板与支撑,约1/3的建筑材料和2/3的人工。适合建造异型的、定制化的结构构件,不因结构的几何复杂程度而增加成本。

    除了打印机之外,3D打印的材料也同样重要,如何找到能在最合适的时间凝固的材料也花费了团队的不少心血。在项目中,研究团队精选特种水泥基复合材料,不断优化原材料矿物化学组成、颗粒细度,所使用材料具有速凝快硬、水化放热低、早期强度高的早龄期材料特性,同时具有优异的低收缩、微膨胀、高抗裂、自修复的长期工作性能。通过科学设计材料配合比,协调3D打印工艺参数,借助人工神经网络算法量化适用于超大尺寸3D打印的水泥基复合材料的流变特性参数区间,以满足赵州桥主拱的快速打印成型。桥梁的建造过程中同时应用了基于局域共震原理的混凝土超材料,再生玻璃钢纤维混凝土材料,磷酸镁水泥基高强粘结材料等新型高性能混凝土。

    马国伟副校长告诉记者,装配式混凝土3D打印赵州桥借鉴已建成3D打印建筑的建造经验,充分实现设计新型化、材料功能化、施工虚拟化、装配模块化和监测智能化,是学校将绿色智慧建造理念成功运用于产学研道路上迈出的重要一步。(津云新闻记者 刘畅)

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2019年10月19日 20:34 来源:津云

     天津北方网讯: 赵州桥位于河北省赵县,距今已有1400多年的历史,是世界上现存最早、保存最好的一座弧形单孔敞肩型石拱桥。而如今,就在天津市北辰区河北工业大学校园内,矗立着一座装配式混凝土3D打印赵州桥,它单跨18.04m,是目前世界上单跨最长的混凝土3D打印桥梁。

    

    古韵桥梁与现代的3D打印技术碰撞出的火花让它成为了校园内的“网红打卡地”,也让不少网友问出了“十万个为什么”:为什么要用3D打印造桥?打印这么长一座桥需要多大的打印机?用什么材料可以打印出一座桥?

    

    近日,记者走访了河北工业大学北辰校区,见到了负责该项目的河北工业大学副校长、土木与交通学院院长马国伟教授,他向记者讲述了这些年他带领研究团队,将绿色智慧建造理念运用到产学研结合的探索之路。

    

    学生探秘“网红”桥 桥面设计有讲究

    15日中午,正是学生午休时间,靠近食堂的3D打印赵州桥边,多是三五成群的学生听说了这座神奇的“网红”赵州桥,前来一饱眼福。学生们徐徐走上桥体,或靠或站,与桥身上的望柱近距离接触,还不时拍照合影留念。远远望去,这座仿古桥与赵州桥原型一样采用了圆弧拱形式,而走近则能看出桥体和楼梯都有别于原型,显示出混凝土3D打印特色的层层堆叠的形态。

    桥面的设计也同样有讲究,马国伟副校长告诉记者,桥栏杆整体形态设计迎合了赵州桥孔洞曲线,桥面与栏板加入桃花元素,寓意桃李满天下,同时栏板嵌入了1903、1912、1929、1952、1995、2019等年份的字样,寓意学校建校116年的发展。

    

    3D打印 一种颠覆传统的建造模式

    3D打印作为一项新兴技术,在各个制造领域的运用越来越深入、兼具有创新意识。而在建筑领域,目前还是一种全新的颠覆传统的建造模式。而选择赵州桥,对于马国伟及其团队来说,在结构设计、施工建造、造型美学方面颇具指导意义。

    那么,什么是混凝土3D打印呢?混凝土3D打印是一种将水泥基复合材料逐层堆叠的新型增材制造技术,因其无模化、自动化、快速化和灵活化的建造优势在建筑、桥梁、基础设施等领域迅速兴起,并表现出巨大发展潜力。3D打印是无模快速建造过程,可以在没有模板支撑的前提下,自由灵活的快速建造异型混凝土结构和建筑,设计方案更加自由灵动,可以利用打印中的特殊纹理赋予建筑特殊表皮,同时还可以运用于古建筑保护中,精准恢复古建筑的残损、遗失部分。

    这么一座桥梁是怎么打印出来的呢?马国伟副校长告诉记者:“装配式3D打印赵州桥采用模块化打印技术,并对节点装配形式进行优化设计,在现场直接进行装配式建造。”除此之外,还引入BIM虚拟仿真技术、现代化智能监测手段为传统桥梁赋予现代气息。

    探秘实验室巨型3D打印机 让人大开眼界

    在河北工业大学智慧基础设施研究院的实验室,记者看到,多台大型3D打印机正在调试和工作,最小的桌面式混凝土3D打印机可以打印较精细的小件样品,而最大的框架式混凝土3D打印机则可以打印出直径9.2米的成品。

    正在进行调试的学生告诉记者,这种打印机相比传统的施工建造的优点,是可以节省约90%的模板与支撑,约1/3的建筑材料和2/3的人工。适合建造异型的、定制化的结构构件,不因结构的几何复杂程度而增加成本。

    除了打印机之外,3D打印的材料也同样重要,如何找到能在最合适的时间凝固的材料也花费了团队的不少心血。在项目中,研究团队精选特种水泥基复合材料,不断优化原材料矿物化学组成、颗粒细度,所使用材料具有速凝快硬、水化放热低、早期强度高的早龄期材料特性,同时具有优异的低收缩、微膨胀、高抗裂、自修复的长期工作性能。通过科学设计材料配合比,协调3D打印工艺参数,借助人工神经网络算法量化适用于超大尺寸3D打印的水泥基复合材料的流变特性参数区间,以满足赵州桥主拱的快速打印成型。桥梁的建造过程中同时应用了基于局域共震原理的混凝土超材料,再生玻璃钢纤维混凝土材料,磷酸镁水泥基高强粘结材料等新型高性能混凝土。

    马国伟副校长告诉记者,装配式混凝土3D打印赵州桥借鉴已建成3D打印建筑的建造经验,充分实现设计新型化、材料功能化、施工虚拟化、装配模块化和监测智能化,是学校将绿色智慧建造理念成功运用于产学研道路上迈出的重要一步。(津云新闻记者 刘畅)