Тканевые формы для балок экономят бетон и сталь

Инженеры Массачусетского технологического института создали тестовую балку длиной 3 метра в форме из сшитой ткани, используя оптимизацию топологии и графическую статику.

Для создания балки инженеры применили комбинацию двух методов проектирования: графическую статику для определения пути стальной арматуры и оптимизацию топологии для распределения бетона. В результате на балку ушло примерно втрое меньше бетона и вдвое меньше стальной арматуры по сравнению с обычной балкой, рассчитанной на ту же нагрузку.

Ключевая сложность при использовании тканевых форм — деформация ткани под весом жидкого бетона. Исследователи нашли решение: разработали алгоритм, который учитывает, как ткань будет деформироваться при заливке, и перевели 3D-проект балки в плоские детали для выкройки и сшивания формы. Для заливки использовали умеренно влажную бетонную смесь с большим содержанием песка и мелкими камнями — она могла проходить через узкие части балки без застревания.

Команда изготовила три варианта форм из разного числа тканевых деталей (36, 56 и 76) и сравнила их. Наилучший баланс между точностью воспроизведения геометрии и простотой изготовления показала форма из 56 деталей. Одну из балок нагрузили примерно до 30% расчётной нагрузки. Прогиб в центре отличался от предсказания компьютерной модели примерно на 2%.

По расчётам исследователей, использование тканевых форм наиболее выгодно в странах Глобального Юга, где труд относительно дёшев по сравнению с материалами: там экономия может составить 10–20%. В странах Глобального Севера из-за высокой стоимости труда такие балки обходятся на 16–55% дороже обычных. Технология перспективна для изготовления нестандартных бетонных элементов — например, открытых балок, элементов кровли или пешеходных конструкций.

Ранее по теме: Новый метод сборки конструкций: быстрее и экономичнее

Источник: MIT News