National Transport Library Research Database

Optimala brolösningar med hänsyn till klimatpåverkan och livscykelkostnad, Del 2 (Optimal Design Solutions of Bridges Considering Environmental Impact and Life-Cycle-Cost, Part 2)

  • Karoumi, Raid
  • Kungliga tekniska högskolan, Universitet eller högskola, 202100-3054
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2019-06-01 -- 2022-09-15 Registration number:
  • Trafikverket 2019/58273
Subject(s): Online resources: Abstract: Nuvarande brokonstruktioner bygger mycket på icke-förnybara resurser samt förbrukning av fossila bränslen, särskilt gäller det betongkonstruktioner. Det finns därför ett stort behov att utforska optimala brodesignlösningar med syfte att minska miljöpåverkan för våra framtida broar. Idag läggs det tyvärr lite uppmärksamhet på att systematiskt optimera brostrukturer, särskilt med hänsyn till miljöpåverkan. Ett pågående doktorandprojekt vid KTH finansierat av Trafikverket (BBT 2015-007) har visat framgångsrik tillämpning av moderna optimeringstekniker genom att fokusera på optimering av betongbroar genom LCA och investeringskostnader. Våra preliminära analyser har visat att det är möjligt att spara upptill 20% av byggmaterial genom att systematiskt använda optimeringsalgoritmer. Detta resulterar i sin tur en betydande minskning av konstruktionens miljöpåverkan. Det aktuella projektet är avsett att vara en fortsättning på BBT-projektet BBT 2015-007 (från Lic. To Dr) syftar till att minska miljöpåverkan så mycket som möjligt utan att äventyra funktionalitet och konstruktionen av strukturerna. Del 2 av detta BBT-projekt kommer fortfarande att behålla fokus på LCA men kommer att utöka kostnadsanalyserna för att inkludera brons hela livscykel, d.v.s. inkludera underhåll. För detta ändamål kommer brobalkar att studeras i detalj (d.v.s. optimering av tvärsnittet i tvärgående riktning, med och utan kantbalkar). Ur LCC: s och LCA:s synpunkt är kantbalken en viktig fråga. Tidigare studier på KTH har visat att det är möjligt att eliminera kantbalken, då dock med viss förlust i konstruktionens robusthet. Observera att, för en mycket optimerad konstruktion kan brodynamiskt beteende bli mycket relevant eftersom brons massa reduceras som ett resultat av optimering. Således kommer förhållandet mellan LCC-optimerade konstruktioner och dynamiska aspekter av brons beteende också att undersökas. Resultatet av detta forskningsarbete kommer att vara designtabeller, LCC/LCA-diagram samt en riktlinje för optimal brokonstruktioner med tanke på hela brobyggnaden och inte bara miljöpåverkan men också livscykelkostnaden. Projektresultaten kommer att kunna implementeras direkt vid utformning av nya broar vilket i sin tur leder till hållbara, tidseffektiva, materialeffektiva och ekonomiska brolösningar. Abstract: Current bridge constructions highly rely on non-renewable resources as well as consumption of fossil fuels, especially for concrete solutions. There is therefore an urgent need to explore optimal bridge design solutions with reduced environmental impact for our future bridges. Today, very little attention is put on systematically optimizing bridge structures, especially with regard to environmental impact. An ongoing PhD project at KTH financed by Trafikverket (BBT 2015-007) has shown the successful application of modern optimization techniques on LCA and investment cost optimization of concrete bridges. Our preliminary analyses have shown that it is possible to save up to 20% of construction materials by systematically using optimization algorithms. This in turn results in a significant reduction of the environmental impact of the structures. The current project is intended to be a continuation of the BBT project BBT 2015-007 (from Lic. To Dr.) aiming to reduce the environmental impact as much as possible without compromising the functionality and the constructability of the structures. Part 2 of this BBT project will still maintain focus on LCA but will extend the cost analyses to include the whole life-cycle of the bridge. For this purpose bridge cantilever decks will be studied in detail (i.e. optimisation of the cross section in transversal direction, with and without edge beams). From the point of view of LCC as well as LCA one significant issue here is the edge beam of the cantilever. Previous studies at KTH have shown that it is possible to eliminate the edge beam however with some loss on the robustness of the structural solution. Note also that for highly optimized solution the bridge dynamic behaviour might become highly relevant as the bridge mass is reduced as the result of optimization. Thus, the relationship between LCC optimal designs and dynamic aspects of the bridge behaviour will also be investigated. The output of this research work will be design tables, LCC/LCA diagrams and a guideline for optimal designs of bridges considering the entire bridge superstructure and not only the environmental impact but also the life-cycle-cost. The project results will be directly implementable in the design of new bridges leading to sustainable, time-effective, material-efficient and economic bridge solutions.
Item type: