favoritter

Eksperiment R - Hvordan montere en kompleks struktur

Blog posts

Eksperiment R - Hvordan montere en kompleks struktur
 


Den ferdige skulpturen ble raskt populær hos barna i Århus - men å montere kunstverket var ikke noe barns lek.

 

Jeg håper du hadde en flott sommer. Her i Danmark var det usedvanlig varmt, tørt og solrikt.  Alt har ligget til rette for en avslappende ferie på stranden.

På vegne av oss alle her i Hi-Con, vil jeg gjerne ønske deg velkommen til vår UHPC blogg med det siste kapitlet i det avanserte støpeprosjektet, eksperiment R. Og jeg skal advare deg - det er en ganske lang historie.

For de som ikke kjenner prosjektet allerede, kan du finne bakgrunnen og beskrivelsen av produksjonsprosessen i to av mine tidligere innlegg om emnet Avansert støping - Experiment R & Experiment R-oppdatering.

Da vi forlot prosjektet i januar, trengte vi fortsatt å støpe 2 av elementene - og forventet aldri at dette skulle ta mer enn 3 måneder å fullføre. Men hvis vi trodde de første 4 støpene hadde vært vanskelig ... ..

De to siste støpene var: Det største vridde plateelementet du kan forestille deg, og det største elementet av dem alle, begge med nesten 2 m avstøpningshøyde.

I begge tilfeller stod ikke forskalingen imot trykket, og i begge tilfeller var hovedårsaken at de 3D-kuttede EPS-platene deformerte flere cm under trykket til tross for klemmer, tunge støtteblokker, sammenlåsende koniske hull og kiler. Dette åpnet hull mellom formstykkene, som tillot betongtrykk å bygge seg opp mellom platene og mot ytre understøtende forskaling på steder som ikke var konstruert for slikt press.

Resultatet var for det første at støpingen måtte avbrytes flere ganger for å holde formen fra et totalt sammenbrudd, samt ivareta sikkerheten til de involverte! For det andre, at elementene endte med en annen geometri enn beregnet, og for det tredje at elementene krevde vesentlig etterbehandling,. Noen bilder av skjemaene og fra prosessen er vist nedenfor:

 


Åpne B1 forside før (øverst til venstre) og etter forsterkning (øverst til høyre). Nederst til venstre viser forskjæringen og CRC som strømmer ut mellom foringsdelene (igjen) - nederst til høyre viser toppen av skjemaet etter avstøpning med fyllingstunnene som brukes til å sikre at toppstøpningen ble fylt og to dekselplater fjernet som viser at dette faktisk ble vellykket gjennomført

 


C1 forkledning under montering av forsterkning (øverst til venstre og høyre), Endelig berøring til forsterknings- og forankringsinnsatsene (nederst til venstre) og den ferdige forsterkede formen før støping (nederst til høyre)

 

Etter at elementene ble endelig støpt og så godt justert som mulig gjennom diamantskjæring, polering, sliping og ekstra støping, gjennomførte arkitekturskolen i Århus en 3D-skanning av B1-elementet.

Skanningen (et eksempel er vist nedenfor) indikerte at elementene begge skilte seg ut i total geometri, og at vridningen også avviket. På grunn av dette forventet vi at det ville være vanskelig å utføre montasjen, og det ble laget planer for å justere elementene på stedet.

 


 

3D-skanning (grå) kledd med elementets teoretiske modellgeometri (grønn). Teoretisk fordi skalaen er matchet opp etter skanningen

 


Elementer A2, B1, B2 og C2 på lageret venter på å bli transportert til installasjonsstedet.

 

Og så, etter mer enn en 5 års lang prosess, var vi klar for montasje!

Skulpturen ble installert på to ferdiglagde betongfundamenter festet med 20 kjemiske ankre. Gjengede M20-stenger som er satt inn i basen av først og fremst A2 og C1, sørget for kraftoverføringen til fundamentet. Det store antallet ankre som kreves var hovedsakelig et resultat av krefter fra termiske spenninger i elementene mellom fundamentene på grunn av årlige temperaturvariasjoner.

 


Fundamentene (øverst til venstre) ligger klare, de første elementer kommer på stedet (øverst til høyre),  elementene losses(nederst til venstre) og forberedelser for boring av ankre for C1, det første elementet.(nederst til høyre).

 
 

Installasjonen av skulpturen ble oppdelt i fem deler - og følgelig tok nesten to uker å fullføre:

 

1. Installasjon av C1, B1 og B2

2. Forsøk på montasje av gjenværende elementer, måling, diamantskjæring A1 og C2, diamantboring av

     hull for ankre for A2

 3. Montasje av gjenværende elementer og innstilling av tilkoblingsbolter og ankre

 4. JointCasting en ny forbindelse mellom C2 og B2

 5. Etterbehandling og ferdigstillelse av de omkringliggende landskapene

De tre første trinnene ble tatt opp med et kamera:

 


Det største hindret var at de mange tilkoblingsboltene på grunn av skjevheter og forlengelsen av spesielt C1 og B1-formene ikke var i samsvar med de motsatte innstikkene. Enda verre var det at det kunne være fare for at hele skulpturen ikke passet riktig på fundamentene, slik at vinkelen og forbindelsen mellom elementene ikke passet. Det ble prøvd flere forskjellige måter å justere høyde og rotasjon av elementene på, til tross for en generell toleranse på 20 mm i alle tilkoblinger.

Som et resultat måtte vi kutte bort en stor kile fra element A1 og en hel bjelkeseksjon fra element C2, og deretter finne en måte å koble disse til deres motstående elementflater på en annen måte enn beregnet.

For å gjøre saken enda vanskeligere var utformingen av fundamenter gjort uten at det ble tatt hensyn til elementene som skulle knyttes til dem ved borede kjemiske ankre. Derfor var så mye forsterkningsstål plassert nøyaktig der hvor alle ankrene skulle være. Diamantkjerneboring på mer enn to tredjedeler av alle hull ble derfor nødvendig.

CRC i2® er et hardt materiale, som stål - bare diamantkutting og borring tok en hel dag!

 


Rød linje trukket på A1-element som indikerer det kileformede kuttet som trengs for å justere seg med de tilstøtende elementene før kutting (øverst til venstre), Kutting pågår og fullført av endestråleseksjonen C2 (øvre og nedre høyre), hullplassering for forbindelsen anker til grunnlaget for A2 før kjerneboring (nederst til venstre).

 

Når elementene ble justert, kunne montasjen bli fullført - men ikke uten hindringer:

For det første, fordi vi hadde kuttet bort koblingsstrengen på element C2, så en annen måte å fikse det strukturelt for lastoverføring i alle retninger måtte løses. Til slutt ble det boring og liming i forsterkningsstenger, samt støping av leddet på stedet for å sikre at den strukturelle forbindelsen var der, og å forsøke å slå sammen elementene akseptabelt visuelt:

 


Den vanskelige montasjen av element C2, de to øvre bildene som viser C2-justering i forhold til de tilstøtende elementene, viser det nedre venstre bildet gapet som gjenstår for toleranse, og det endelige resultatet etter støping av skjøten som er vist i nedre høyre bilde .

 

Den endelige montasjen av A2 og A1 gikk forholdsvis lettere, siden de boltede forbindelsene for det meste kunne brukes etter å ha boret hullene større og deretter limte i gjengede stenger. Også den endrede geometrien fra kilen som ble kuttet bort var mindre synlig.

 


Montering av elementer A1 og A2. Selv om det var behov for mye boring og harpiks, var det relativt enklere å montere enn C2.

 

Etter den raske montasje av elementene og støpingen av C2-grensesnittet, ble alle koblinger, hullene etc. fylt og gyset. Som finish ble hele skulpturen lagt til et lag med halvtransparent maling.

 


Den fullførte Experiment R-installasjonen ved innvielsen 2. juli 2018.

 

Så, hva har vi lært av prosessen med å skape Experiment R? Ganske mye faktisk:

1. Å designe uregelmessige 3D-strukturer krever åpenbart å stole på FEM-programvare, da analytiske beregninger er håpløst utilstrekkelige. Det vi ikke hadde forventet var hvor mye tid som var nødvendig for å vurdere og dimensjonere tilkoblinger når flere belastningscase scenarier er involvert. For lignende strukturer i fremtiden vil tilkoblinger være hovedfokuspunktet, enda mer enn i dette prosjektet - se også læringspunkt 5.

2. Forsterkning av komplekse 3D-former er ganske vanskelig, men 3D-trykte maler og skala modeller av elementer og andre "navigasjonsverktøy" hjelper folk å plassere delene og øke produksjonsprosessen.

3. Formene kan aldri være for sterke og stive! EPS kan bare brukes i svært tynne deler, eller så må andre materialer brukes. De eneste delene som ikke deformerer, var de 3D-formede MDF-delene, selv om de også endret seg i forhold til hverandre.

 4. Med temperaturer over 90 ° C, ble EPS effektivt myket opp og smeltet sammen med CRC i2® overflaten, til tross for at lagene med formvoks ble påført. Dette må løses for fremtidige støpninger, da fjerning av EPS-rester tok mange timer og resulterte også i en ganske rustikk overflatestruktur. Ved hjelp av store blokker av EPS - et isolasjonsmateriale - som forskaling, kan høye temperaturer ikke unngås, men bedre overflatebelegg må finnes for å beskytte EPS-overflaten mot varmen.

5.En ren EPS-forside er ikke tilstrekkelig stiv for å sikre at geometrien opprettholdes. Jo større elementene, og jo høyere formtrykket (støpedybde), desto større avvik fra formålet. Dette er spesielt et problem for forbindelsene, som ble smertelig tydelig på montasjen, der vi hadde store problemer med feiljustering. For fremtidige prosjekter vil EPS ikke bli brukt for sammenkobling.

Som en helhetlig konklusjon har prosessen bekreftet at UHPC i kombinasjon med datamaskinstøttet topologisk optimalisering og design kan skape spektakulære og nye former og strukturer med minimert materialbruk, noe som viser stort potensial for fremtiden. Det har også vist seg at produksjon og montering forblir den vanskeligste delen av prosessen, og at formen hovedsakelig bygger på EPS - i hvert fall for tiden – ikke gir en levedyktig løsning for større strukturer.

Dette var det siste innlegget på Experiment R, og jeg beklager lengden av det. Likevel håper jeg at du har funnet det interessant. Som alltid, vær så snill å dele dine kommentarer eller stille spørsmål på vårt Wordpress-nettsted.

Forfatter av dette innlegget

Tommy Bæk Hansen
Group Product Development Manager