В Бристольском университете использовали крупнейший в Великобритании вибростенд для имитации условий землетрясения средней магнитуды и оценки потенциальных повреждений здания, созданного с помощью 3D-печати. Тестирование на вибростенде позволило оценить сейсмическую устойчивость конструкций из 3D-печатного бетона.
Поведение обычных бетонных построек в условиях сейсмических нагрузках хорошо изучено, однако обобщать это на 3D-печатный бетон с его послойным нанесением, уникальными свойствами материала и нетрадиционной геометрией не представляется возможным. Поэтому важно оценить, как эти факторы влияют на структурную целостность при сейсмических воздействиях.
«Этот эксперимент призван восполнить пробел в знаниях о динамическом отклике 3D-печатных конструкций, особенно их поведении при реальных и смоделированных сейсмических событиях. Мы рассчитываем выявить сильные и слабые стороны, а также механизмы разрушения, характерные для данного метода строительства», — заявили экспериментаторы.
Результаты исследования помогут разработать стандарты безопасности и проектные рекомендации, адаптированные для 3D-печатного бетона в сейсмически активных регионах.
Эксперимент проводился с использованием высокотехнологичного вибростенда грузоподъемностью 50 тонн, способного воспроизводить колебания грунта, соответствующие реальным землетрясениям.
Квазиреальная 3D-печатная бетонная конструкция была напечатана с помощью роботизированной аддитивной технологии, что обеспечило контролируемое нанесение материала и точную геометрию. Муляж постройки оснастили акселерометрами, датчиками перемещения и другими измерительными приборами для сбора комплексных данных о динамическом отклике.
«Здание» подвергли серии испытаний с постепенно возрастающей интенсивностью колебаний — от слабых вибраций до мощных, потенциально разрушительных воздействий. Каждый этап тестирования тщательно контролировался и фиксировался, что позволило в реальном времени оценить поведение конструкции, включая образование трещин, смещения и возможные точки разрушения. Собранные данные будут использованы для анализа структурной устойчивости 3D-печатной конструкции, сравнения ее эффективности с традиционными методами строительства и проверки вычислительных моделей, прогнозирующих сейсмическое поведение.
«Результаты исследования помогут определить проектные параметры, оптимизирующие сейсмическую устойчивость, такие как стратегии послойного соединения и интеграция армирования. В конечном счете, мы надеемся подтвердить, соответствует ли 3D-печатный бетон действующим стандартам безопасности для сейсмических применений, и заложить основу для разработки строительных норм, учитывающих аддитивные технологии. Эти выводы будут крайне важны для инженеров, архитекторов и законодателей, исследующих будущее сейсмоустойчивого строительства», — надеется инженер гражданского строительства Раффаэле Де Ризи.
Широкие перспективы этого исследования обусловлены революционным потенциалом внедрения технологий 3D-печати бетона в сейсмоустойчивом строительстве.
Практическое применение включает быстрое и экономичное возведение домов, аварийных укрытий и инфраструктуры по индивидуальным проектам, отвечающим конкретным сейсмическим требованиям. Это исследование также может повлиять на разработку новых строительных норм и правил, учитывающих 3D-печать, что позволит шире внедрять эту технологию в отрасль без ущерба безопасности.
«Впервые тестируя сейсмическую устойчивость 3D-печатного бетона, мы не просто исследуем будущее строительства — мы помогаем формировать более безопасную, умную и адаптивную среду», — заключил Де Ризи.