TU/e 领导由生物复合材料制成的“智能环形桥”项目

TU/e 领导由生物复合材料制成的“智能环形桥”项目-CompositesPlus

阿尔默桥。图片来源,所有图片:智能环形桥

由埃因霍温科技大学牵头(TU/e,荷兰)的欧盟项目“智能环形桥”已经认识到天然纤维的潜力,通过建造三座由亚麻和生物树脂组成的生物复合材料制成的城市桥梁,因为它们轻巧且高度稳定特性。第一座城市桥梁现已在阿尔梅勒建成。

“生物复合材料对于基于生物的循环经济具有巨大的潜力,特别是因为亚麻与木材不同,它是一种快速生长的植物,”TU/e 建筑环境部的 Rijk Blok 说。“它们还为建筑业提供了机会,因为建筑业的 CO 2 足迹大,资源消耗高,这两个问题都需要解决。”

2016 年 10 月,来自荷兰 TU/e、TU Delft、Avans 和埃因霍温职业学院的学生 在 TU/e 校园内使用亚麻建造了他们的第一座生物复合材料人行桥。Blok 表示,快进到 2022 年,智能环形桥将通过“科学、工业和社区之间的密切合作”将天然材料引领到一个新的水平。“智能环桥”联盟由 TU/e 牵头的 15 个合作伙伴组成。该项目团队由五所大学、七家创新公司和三个城市组成(更多信息见下文)。

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过去 24 小时(2022 年 5 月 8 日至 9 日) 的 Almere 桥传感器位置和传感器读数。

阿尔梅勒的人行天桥全长 15 米,一次可轻松承载 275 人的重量。除了使用 100% 天然亚麻纤维外,大学研究人员指出,用于将纤维固定在一起的树脂也将来自非化石来源。阿尔梅勒首座桥梁的树脂使用总量为 25%,后续桥梁将达到 60% 或更高,通过使用生物柴油生产的废品和回收的 PET 瓶来实现。 

“阿尔梅勒大桥的建设让我们感到乐观:我们希望在未来建造跨度更大、荷载更高的桥梁,”国际智能环形桥梁联盟的主要合作伙伴埃因霍温大学的帕特里克·特菲尔(Patrick Teuffel)指出。

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亚麻纤维用于开发生物复合材料桥。

为了协助正在进行的生物复合材料研究,还使用了近 100 个光学玻璃纤维传感器来提供有关桥梁材料在日常使用中的行为的数据。这些传感器尤其能够测量材料应变,而加速度传感器甚至可以检测由风引起的最细微的振动,作为结构健康监测 (SHM) 系统的一部分。然后使用人工智能 (AI) 评估传感器数据以搜索材料行为模式,因此工程师可以为下一座桥梁以及其他应用(例如柱、立面元素,甚至风能转子叶片)改进其材料模型涡轮机。 

“传感器将使我们能够在特定情况下监控材料的性能,”Blok 说。“例如,当 200 人同时走过桥时,桥的表现如何?或者在一年中的不同季节和不同的天气条件下会发生什么?”

此外,考虑到循环经济,该项目正在探索在桥梁材料经过数十年的使用后达到使用寿命后处理的最佳选择。

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这座15米的桥可以轻松承载275人的重量。

“我们正在研究回收材料的三种方法:机械(切碎零件并在新产品中重复使用)、化学(利用热解将大分子分解成小分子)和用真菌进行生物回收,”Teuffel 说。“重要的是,材料的使用寿命尽可能长。为了实现这一目标,从项目开始就考虑到使用寿命结束的选项。”

据说“智能环形桥”项目不仅仅是桥梁建设。相反,其研究人员认为这是如何成功启动气候保护和循环经济创新的一个例子。仅就桥梁而言,就值得考虑替代材料,因为未来几年欧洲必须更换数以万计的桥梁。

2022年4月22日,在荷兰阿尔梅勒的Floriade国际园艺展览会上搭建的第一座桥梁正式通车。另外两座供行人和骑自行车的人使用的“智能环形桥”将在德国乌尔姆和荷兰卑尔根奥普兹建成,分别在 2022 年晚些时候和 2023 年。 

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