荷兰3D打印混凝土在自行车桥结构的系列探索由创新技术迈向建造多元形式的桥结构探索 From innovative technology to the exploration of building diverse bridge structures 2017年，位于荷兰布拉班特的盖默特地区建成了世界首座3D打印混凝土自行车桥，是否能够用3D打印混凝土技术打印带有任意形式的支撑结构，是该项目背后留下的持续思考和探索。秉承着对3D打印混凝土技术的发展与开拓，荷兰在2017年之后一直运用3D打印混凝土技术完成诸多项目，其中最出彩的莫过于2021年在奈梅亨地区完成最长（29 米）的3D 打印混凝土桥，荷兰的团队从未停止对3D打印混凝土技术的探索与钻研，而就在今年，北荷兰又建成了一系列3D打印混凝土桥梁，进一步推动了该领域的发展。

荷兰3D打印混凝土在自行车桥结构的系列探索

由创新技术迈向建造多元形式的桥结构探索

From innovative technology to the exploration of building diverse bridge structures

2017年，位于荷兰布拉班特的盖默特地区建成了世界首座3D打印混凝土自行车桥，是否能够用3D打印混凝土技术打印带有任意形式的支撑结构，是该项目背后留下的持续思考和探索。秉承着对3D打印混凝土技术的发展与开拓，荷兰在2017年之后一直运用3D打印混凝土技术完成诸多项目，其中最出彩的莫过于2021年在奈梅亨地区完成最长（29 米）的3D 打印混凝土桥，荷兰的团队从未停止对3D打印混凝土技术的探索与钻研，而就在今年，北荷兰又建成了一系列3D打印混凝土桥梁，进一步推动了该领域的发展。

说到桥梁和混凝土，你会想到随处可见的巨大实心桥墩和路面，而不会想到空心且结构厚度只有 5 厘米的小型景观桥。

这就是北荷兰 N243 公路上的新型 3D 混凝土打印自行车桥最薄部分的厚度。这座桥长 14.8 米，是目前用这种方法建造的单跨度最长的桥梁。” Weber Beamix 的项目经理说：“这是3D打印混凝土承重结构的里程碑。'

图片Witteveen+Bos，在最终项目地点附近，北荷兰桥梁已完成部分连接，并在进行了荷载实验

在现场测试时，项目团队在桥上放置水箱，测试荷载为 1000 公斤/平方米，可观的测试结果令项目团队决定于2023年底将四座桥梁投入使用。

#以创新和可持续发展为动力

该系列桥梁的跨度为9至12米，每座桥梁的形状各不相同，是建设性 3D 打印混凝土发展阶段性的一步。这一发展始于2015年，埃因霍温理工大学的Theo Salet教授与混凝土制造商Weber Beamix、工程公司Witteveen+Bos、建筑公司BAM等多家公司与投资者一起，开始了 3D打印混凝土的研究。

图片Tektoniek，位于荷兰格默特的第一座 3D 打印混凝土自行车桥

当时，BAM正在实施一个Gemert环路项目，该项目也需要一座自行车桥，于是他们提出了 3D 打印混凝土技术。建筑团队目前已在大学实验室掌握了 3D 打印混凝土工艺，并着力于研究是否可以使用该技术创造更丰富的建筑元素。创新是一种驱动力，同时也是3D打印混凝土技术在大规模定制方面的潜力所在，比如桥梁，每个项目对桥梁的需求各不相同：跨度需要更长一些，路面需要更宽一些，某个地方需要特殊的物体。此外，您还可以将材料放置在需要的地方，而不必拘泥于模板，从而节省了大量模具材料。

图片Witteveen+Bos

#从材料本身思考技术创新

我们可以从这些开创性的项目中学到什么呢？

这项技术可以实现很多东西，关键是要从打印机、材料及其该技术提供的可能性等作为出发点进行思考。例如，混凝土的抗压性能特别好，所以设计过程中必须充分利用材料抗压力大的优势，否则将很难探索材料在造型方面的设计应用。

图片Witteveen+Bos

Bridge Gemert 在埃因霍温工业大学的压力凳上

Witteveen + Bos 对位于 Gemert 的桥梁进行了设计和计算，该项目必须在很短的时间内完成；这个想法是在春天提出的，这座桥必须在九月完工，在多次的设计研讨会议上，项目团队确定了该座桥梁的设计与结构原理：许多混凝土打印元件通过预应力相互堆叠，项目组中的专家为了更方便众人理解，从书架上取下了一摞书进行了比较，在空中压在一起，这样通过预先施加的水平方向压力，这一摞书作为一个整体就保持了稳定的悬挂状态。

图片Witteveen+Bos

随后，项目团队探讨了 3D 打印的可能性和不可能性。例如，不能在尖角处打印，也不能在打印过程中停止。此外，其大学实验室的桥式起重机的最大负重也十分有限。因此，这座桥是分六个部分打印出来的，而不是像理论上那样一次性全部打印出来。

图片Witteveen+Bos

#钢筋的置入

通过这个概念设计，Witteveen+Bos 首先在数字化参数软件中进行计算，然后使用有限元方法，来计算复杂建筑元素的强度。工程师们与大学科研人员一起进行了材料方面的测试。布鲁尔斯解释说，所使用的混凝土由砂浆组成，砂浆中混有钢丝，类似于夹丝玻璃，钢丝在夹丝玻璃中的作用是为了确保玻璃在碎裂时不会进一步粉碎（参考钢化玻璃）。大学实验室使用这种混凝土打印并组装了一个 1:2 比例的模型，然后对其进行加载加压实验，并让研究人员记录试验参数并分析桥梁的受力方式。最后，这些元件按 1:1 打印并运至施工现场，进行组装、预应力、吊装到位并装载水箱。2017年10月，世界上第一座3D打印钢筋混凝土桥梁开通。

图片Witteveen+Bos

奈梅亨的3D打印混凝土自行车桥有多个支撑点

图片 BAM

奈梅亨3D打印混凝土自行车桥，由小横截面

部件组成连接在一起，并承受张力

图片Witteveen+Bos

#“家族式 ” 桥梁体系

在 2018 年底，北荷兰省提出了一项请求，要求制造四座自行车桥，作为 N243 公路重建的一部分。出于可持续发展的考虑，该省选择了3D打印混凝土技术，并在参数化设计过程中看到了商机，他们没有绘制四座独立的结构图，而是设计了“家族'桥梁，具有圆滑和更多的曲线形状。在埃因霍温的实验室中，首先打印了构件，并对计算出的剪切力进行了测试，这对整体细长的形式具有规范性和决定性作用。这些部件在埃因霍温的韦伯工厂打印，然后运往北荷兰。当发现一些构件出现毛细裂缝时，情况一度变得紧张起来，因为这是一个经过相当繁复优化后的设计--比奈梅亨的大桥更为关键，项目团队立即对整个项目的所有环节进行检查。

图片Witteveen+Bos

北荷兰 3D 混凝土打印桥梁，其

弯曲部分沿着桥梁长度倾斜

在大学实验室进行测试后，项目团队得出的结论是没有问题，裂缝位于分层处，这是3D打印混凝土可接受范围内的常规现象，在拼接环节施加了预应力后，这些裂缝不会对桥梁的强度与韧性带来任何影响。2022年末，第一座桥梁在成功完成了3万公斤水箱的试载后组装完成。由于第三座桥梁更大（14.8 米），因此，同样于 2023 年 8 月在现场进行了测试。

#未来

在被问及3D打印混凝土结构的进一步发展时， Witteveen+Bos 公司提到了为德国的一个建筑展览会开发的一座桥梁。

图片Witteveen+Bos 北荷兰桥梁在3D打印工厂生产

项目人员介绍到：“我们没有在单元中打印整个桥梁的横截面，而是制作了两个3D打印混凝土侧管，桥面位于中间。这是一个有趣的步骤，因为这样您就可以在使用更少材料的同时打印大型元件，而且两侧的侧管在因其3D打印的特殊性成为了两个独立的载重结构，成为了桥梁的主要承重体，我在这种建筑系统的组合中看到了未来3D打印混凝土更多的可能性。”