Metalen 3D-geprinte brug wordt scherp in de gaten gehouden

De rekstroken geven – net als de accelerometers, inclinometers, load cells, temperatuurmeters en vochtigheidsmeters die op of bij de brug geplaatst zijn – data door aan het e-DAQ data-acquisitiesysteem van HBK. Met behulp van die data worden de belasting en de conditie van de brug en de weersinvloeden continu gemonitord. Dat is essentieel, omdat er nog weinig informatie beschikbaar is over het gedrag van 3D geprinte metalen constructies.

De nieuwe brug is medio juli officieel door Koningin Maxima geopend. Hij is door MX3D geproduceerd met behulp van een 3D lasrobot naar een ontwerp van het Joris Laarman Lab. De brug bestaat uit twaalf 3D-geprinte segmenten van een meter lengte, die later aan elkaar zijn gelast. Het totale gewicht van de brug is 17 ton.

Afwijkingen

De uitgebreide monitoring van de brug met sensoren was vanaf het begin een integraal onderdeel van het project. Het metaal van een 3D geprinte brug is namelijk niet homogeen en ook de sterkte van de lasnaden tussen de brugsegmenten kan variёren. De reactie van het materiaal en de brug op belasting en externe (weers)omstandigheden wijkt af van traditioneel gebouwde bruggen.

De toepassing van sensoren is in eerste instantie bedoeld om de belasting en de conditie van de brug te monitoren en snel eventuele scheuren of breuken in het materiaal te detecteren, om de veiligheid van de voetgangers te waarborgen. Zodra de belasting van de brug boven een bepaalde grenswaarde komt, worden geen nieuwe voetgangers meer toegelaten.

De uitgebreide monitoring van de brug met sensoren was vanaf het begin een integraal onderdeel van het project.

Digital Twin

Daarnaast was de monitoring van de brug opgezet als praktijkcase voor structural health monitoring van objecten en de toepassing van een ‘digital twin’. Met een digital twin – een digitale kopie van de fysieke brug – kunnen de belasting, de omstandigheden en de reactie van de brug gesimuleerd worden. Zo kunnen theoretische modellen en scenario’s getest en geverifieerd worden. Niet voor niets dat bedrijven als Autodesk, HBK, Heijmans en ArcelorMittal bij het project betrokken zijn om ervaring op te doen.

Rekstroken

Op de brug zijn diverse sensoren toegepast. Er worden onder meer load cells gebruikt, die de belasting van de brug meten. Rekstroken, accelerometers, inclinometers op de brug en optische sensoren op de reling monitoren de vervorming (doorbuigen), de rek, trillingen en positieveranderingen van de brug. Daarnaast is er weerstation bij de brug geplaatst, dat temperatuur, luchtvochtigheid en de windsnelheid meet. Zo ontstaat er inzicht in de invloed van de weersomstandigheden op het gedrag van de brug. Een camera registreert de voetgangersstromen en het aantal mensen dat zich op de brug bevindt.

Rekstroken, accelerometers, inclinometers, temperatuurmeters, vochtigheidsmeters en load cells op of bij de brug geven data door aan het e-DAQ data-acquisitiesysteem van HBK.

“Structural health monitoring van objecten als bruggen, tunnels, windmolen en hijskranen wordt steeds belangrijker. Veel bruggen bijvoorbeeld zijn slecht onderhouden of zijn aan het eind van hun levensduur. We hebben in Genua gezien waar dat toe kan leiden“, zegt Kees Troost, Sales Engineer bij HBK. “Door inzicht te krijgen in de conditie van constructies kun je de veiligheid van mensen en de omgeving garanderen.

Maar inzicht in de maximale belasting en de levensduur van materialen is ook van belang voor engineers, constructeurs en instanties die verantwoordelijk zijn voor onderhoud. Niet alleen kun je voorspellen wanneer er onveilige situaties ontstaan, maar de data kunnen ook helpen bij het optimaliseren van ontwerpen in de toekomst. Soms kan het misschien robuuster, maar er zijn ook veel voorbeelden van ‘overdimensionering’, waardoor constructies te complex worden, teveel materiaal vergen en veel duurder worden dan noodzakelijk. De kennis kan dus ook economische winst opleveren.”