布里斯托大學(xué)首次對3D打印混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面抗震試驗

2025年6月17日，南極熊獲悉，布里斯托大學(xué)（University of Bristol）的研究團(tuán)隊最近完成了英國首次全面的3D打印混凝土結(jié)構(gòu)抗震測試。他們使用國內(nèi)最大的振動臺模擬中等強(qiáng)度的地震影響，以深入理解3D打印混凝土結(jié)構(gòu)在地震應(yīng)力下的表現(xiàn)，并對比3D打印結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)施工方法的抗震能力。這項研究的主要目標(biāo)是為精確數(shù)字模型的開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。

△3D打印混凝土建筑準(zhǔn)備進(jìn)行測試

項目負(fù)責(zé)人，教授Anastasios Sextos和博士Raphael D’Alessandro解釋道：“我們的實驗旨在填補(bǔ)關(guān)于3D打印單元動態(tài)響應(yīng)的知識空白，特別是它們在記錄和模擬地震事件下的表現(xiàn)。通過這些實驗，我們旨在識別這種施工方法的獨特優(yōu)勢、潛在劣勢以及失效機(jī)制。”

△用于建造混凝土建筑的3D打印機(jī)

3D打印混凝土結(jié)構(gòu)

盡管傳統(tǒng)混凝土的抗震性能已經(jīng)得到了廣泛驗證，3D打印結(jié)構(gòu)卻引入了一系列新的變量，包括逐層制造、獨特的材料特性以及非傳統(tǒng)的幾何形狀。這些變量導(dǎo)致了在地震中的行為存在不確定性，從而突顯了進(jìn)行實驗測試的重要性，以更深入地了解結(jié)構(gòu)性能。

在本研究中，研究人員利用機(jī)器人3D打印技術(shù)，構(gòu)建了一座接近全尺寸的3D打印混凝土房屋。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對材料布局和結(jié)構(gòu)幾何形狀的精確控制。此外，測試裝置配備了加速度計、位移傳感器以及其他設(shè)備，用于全面收集結(jié)構(gòu)在動態(tài)響應(yīng)下的數(shù)據(jù)。

測試在一臺能夠承受高達(dá)50噸重量的先進(jìn)振動臺上進(jìn)行，這個振動臺能夠模擬與真實地震事件一致的地面運(yùn)動。3D打印單元經(jīng)歷了系列受控的地震模擬，從低強(qiáng)度振動開始，逐漸增加至更劇烈的運(yùn)動。每個測試都經(jīng)過嚴(yán)格監(jiān)控，實時觀察結(jié)構(gòu)變化，包括裂縫發(fā)展、位移和潛在的失效跡象。收集到的數(shù)據(jù)將用于支持抗震性能評估，與傳統(tǒng)建筑技術(shù)進(jìn)行對比，并有助于改進(jìn)預(yù)測地震荷載下結(jié)構(gòu)性能的數(shù)字模型。

研究人員補(bǔ)充道：“這項研究的成果將有助于識別優(yōu)化抗震性能的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，如層間粘結(jié)策略和鋼筋集成。我們最終的目標(biāo)是驗證3D打印混凝土是否能夠滿足當(dāng)前抗震應(yīng)用的安全標(biāo)準(zhǔn)，并為制定包含增材制造技術(shù)的建筑規(guī)范打下基礎(chǔ)。這些發(fā)現(xiàn)對于工程師、建筑師以及政策制定者探索抗震建筑的未來至關(guān)重要。”

△使用模擬器來測試3D打印結(jié)構(gòu)是否能夠抵御地震

對未來建筑行業(yè)的影響

研究人員相信，這項研究有望引領(lǐng)抗震建筑領(lǐng)域的革新。它的潛在應(yīng)用領(lǐng)域包括快速、高效地建造符合特定抗震標(biāo)準(zhǔn)的住宅、應(yīng)急避難所以及基礎(chǔ)設(shè)施。研究結(jié)果還可能指導(dǎo)制定新的建筑規(guī)范和監(jiān)管框架，這些規(guī)范和框架將充分考慮增材制造的獨特屬性，以確保在不損害結(jié)構(gòu)完整性的前提下，實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

研究人員總結(jié)道：“通過首次測試3D打印混凝土的抗震性能，我們不僅在探索建筑的未來，還在助力構(gòu)建一個更加安全、智能和具有適應(yīng)性的建筑環(huán)境。”