National Transport Library Research Database

Optimala betongbrolösningar med hänsyn till klimatpåverkan och investeringskostnad (Optimal Design Solutions of Concrete Bridges Considering Environmental Impact and Investment Cost)

  • Karoumi, Raid
  • Kungliga tekniska högskolan, Universitet eller högskola, 202100-3054
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2016-05-01 -- 2018-05-31 Registration number:
  • Trafikverket 2016/42509
Subject(s): Online resources: Abstract: Tidigare studier på KTH har visat en framgångsrik tillämpning av moderna optimeringstekniker på kostnadsoptimering av armerade rambroar (M. Solat et al. 2014). Dock styrs inte beslutsfattandet för broar bara av kriterier såsom kostnad, teknisk genomförbarhet och hållbarhet, för i en hållbar design bör miljöprestanda också vägas in. Detta kräver användning av flerdimensionella kriterier som i sin tur kan leda till kontroverser: den mest miljövänliga lösningen behöver inte vara den billigaste eller mest effektiva när det gäller byggprocessen. En sådan motstridighet behöver övervägas och diskuteras i ett tidigt skede i konstruktionsfasen. Life Cycle Assessment (LCA) är en omfattande och standardiserad metod för att kvantifiera utsläpp, resursförbrukning och tillhörande miljö- och hälsopåverkan kopplade till en tjänst eller produkt. LCA har potential att ge en tillförlitlig miljöprofil och kan därför användas i en strukturell optimering som ett verktyg för beslutsfattare. Dock är tillämpningen av LCA på broar sällsynt och ofta utförs den för sent för att möjliggöra designförbättringar. Det föreslagna forskningsprojektet har för avsikt att integrera LCA med designoptimeringsproceduren i ett tidigt skede, d.v.s. i planeringsfasen av ett projekt. Målet i detta sammanhang är att övergripande överväga flera kriterier, bland annat strukturella prestanda, miljöpåverkan och tillhörande kostnader. Arbetet kommer att utföras i nära samarbete mellan KTH och brodesign experter på ELU Konsult. I detta förslag kommer strukturell optimering med fokus på både LCA och investeringskostnader att utföras på specifika typer av armerade betongbroar. Målet är att minska miljöpåverkan och investeringskostnad med så mycket som 10-20% genom att hitta de mest hållbara projekteringslösningarna utan att kompromissa funktionalitet och byggbarhet av strukturerna. Ett ytterligare syfte är att undersöka relationen mellan optimala konstruktioner med avseende på investeringskostnader och miljövänliga lösningar. Kombinationer av dessa två kriterier kommer att undersökas i en multivariat optimering. Leveranser från forskningen kommer att vara konstruktions tabeller, LCA diagram och en riktlinje för optimal design av platsbyggda betongbroar där inte bara investeringskostnaden utan också miljöpåverkan räknas in. Projektresultaten kommer att vara direkt implementerbara vid utformningen av nya platsbyggda betongbroar vilket leder till hållbara, tidseffektiva, materialsnåla och ekonomiska brolösningar.Abstract: Previous studies at KTH have shown the successful application of modern optimization techniques on cost optimization of reinforced concrete slab frame bridges (M. Solat et al. 2014). However, decision-making for bridges is not only governed by criteria such as cost, technical feasibility and durability but in a sustainable design, environmental performance should also be considered. This requires use of multi-dimensional criteria which in its turn may lead to controversy: the most environmental friendly solution may not be the cheapest or the most efficient one with regard to the construction process. Such confliction should be considered and compromised at an early design phase. Life Cycle Assessment (LCA) is a comprehensive and standardized approach for quantifying all emissions, resource consumption and related environmental and health impacts linked to a service or product. It has the potential to provide a reliable environmental profile of the structure and can thus be used in a structural optimization context as a tool for decision-makers. However, the application of LCA on bridges is very rare and often performed too late to make design improvements possible. Therefore, the proposed research project attempts to integrate LCA with the design optimization procedure from the early planning phase. The aim in this context is to holistically consider several criteria including structural performance, environmental impact and the associated cost. The work will be performed in close collaboration between KTH and bridge design experts at ELU Konsult. In this proposal, structural optimization, considering both LCA and investment cost, will be performed on specific types of reinforced concrete bridges. The goal is to find the most sustainable designs by reducing the environmental impact and the investment cost by as much as 10-20% without compromising the functionality and constructability of the structures. A further aim is to examine the relation between optimal designs with respect to investment costs and the most environment-friendly solutions. Combinations of these two criteria will be examined in a multi-objective optimization. The output of this research work will be design tables, LCA diagrams and a guideline for optimal designs of RC bridges considering not only the investment cost but also the environmental impact. The project results will be directly implementable in the design of new RC bridges leading to sustainable, time-effective, material-efficient and economic bridge solutions.
Item type: