Fatigue of existing steel bridges
Reliability and risk analyses for decision-making
Tid: Må 2023-08-28 kl 13.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/62115232301
Språk: Engelska
Ämnesområde: Byggvetenskap, Bro- och stålbyggnad
Respondent: Ruoqi Wang , Bro- och stålbyggnad
Opponent: Associate Professor Boulent Imam, University of Surrey
Handledare: Associate Professor John Leander, Bro- och stålbyggnad; Professor Raid Karoumi, Bro- och stålbyggnad
Abstract
Utmattning är en av de vanligaste orsakerna för begränsningar av livslängden för stålbroar. Ett stort antal befintliga broar i Sverige och i andra länder närmar sig sin förväntade livslängd. På grund av att ekonomin och andra resurser är begränsade är det inte möjligt att ersätta eller underhålla alla broar på en gång. Ansträngningar bör läggas på att förlänga livslängden så långt det är möjligt och att fatta optimala beslut om när och vilka insatser som ska genomföras.
Den här avhandlingen har till syfte att utveckla ett riskbaserat ramverk som stödjer rationella beslut för att förlänga livslängden på stålbroar, vilket gör att broar kan behålla en önskad säkerhetsnivå med minimerade förväntade kostnader. Det erfordrar (i) en tillförlitlig uppskattning av livslängden med hänsyn till olika nivåer av osäkerheter, och (ii) utvärdering av underhållsåtgärder och konsekvenser för ett optimalt beslut.
Med avseende på (i) har tillförlitlighetsanalysen först utförts på en enskild kritisk detalj, genom att jämföra detaljens tidsberoende tillförlitlighet med en förväntad säkerhetsnivå. Avancerade simuleringstekniker visar stor potential. Sedan har rumsliga korrelationer mellan stokastiska variabler med flera liknande detaljer beaktats. Tillförlitligheten för ett system av komponenter har uppskattats genom en modellering med ekvivalenta korrelationer. Ett systemperspektiv ger en bättre förståelse av hela bronstillstånd, eftersom broar är strukturer med hög redundans. En probabilistisk finita elementanalys har utförts för att undersöka inverkan av lokala utmattningsskador på hela bron.
Besluten baserade på tillförlitlighetsanalys kan skilja sig från de som baseras på en uppskattad risk, eftersom metoderna har olika målfunktioner. Beslut som fattas av sannolikhet för brott eller tillförlitlighet kommer inte nödvändigtvis att vara ekonomiskt. En nyttobaserad riskanalys motiveras för delområde (ii). Flera åtgärder och potentiella konsekvenser utvärderas i olika scenarier. De förväntade kostnaderna för att förlänga broars livslängd minimeras genom att välja den mest optimala åtgärden. Den betingade sannolikheten och systemmodelleringen undersöks i parametriska studier, och visar om och när det optimala beslutet kommer att ändras. En optimerad inspektionsplanering är motiverad för att göra varje inspektion mer effektiv jämfört med inspektioner med konstanta intervall. Antalet inspektioner reduceras och inspektionsintervallen förlängs genom att använda en optimerad strategi, tillsammans med en inspektionsmetod med hög noggrannhet.