Härtill 3 uppsatser

Lic. (sammanfattning) Göteborg : Chalmers tekniska högskola, 2023

Achieving a sustainable bridge design requires careful consideration of economic viability and environmental impact over the entire lifespan of the structure. While stainless steel is recognized for its excellent life cycle performance, its high cost prevents it from being used to a larger extent in bridges. In this thesis work, a new solution is investigated to mitigate this issue. The new solution comprises the use of corrugated webs in stainless steel girders which is expected to result in reduced material consumption and cost. The work in this thesis focuses on two problem areas in this field. First, a study is performed to examine the competitiveness of the new concept in relation to conventional designs of steel-concrete composite road bridges. The second part of the work focuses on the problem of flange buckling in girders with corrugated webs. Previous research has shown that the design models developed for flange buckling resistance, including the one in EN 1993-1-5, frequently result in unsafe design. Furthermore, these models were developed for carbon steel and have not been updated for stainless steel. To explore the economic and environmental benefits of the new concept, two studies have been conducted. Firstly, three design solutions are examined on a case study bridge with three continuous spans. These design solutions include carbon steel flat web, stainless steel flat web, and stainless steel corrugated web girder bridges. A genetic algorithm is used to optimize each design solution in terms of weight. The three optimal solutions are then assessed in terms of investment costs, life cycle costs (LCC), and environmental life cycle impact. Secondly, two of the considered design solutions, namely carbon steel flat web and stainless-steel corrugated web girders, are employed to conduct multiple parametric studies using a simply supported reference bridge.

För att uppnå en mer hållbar brodesign krävs noggrant övervägande av olika val ur ekonomisk och miljöpåverkansperspektiv så väl under produktion som under hela brons livslängd. Även om rostfritt stål är känt för sin utmärkta livscykelprestanda, utgör detta stål höga kostnad oftast ett hinder att materialet användas i broar i större utsträckning. En ny lösning undersöks i detta arbete för att adressera detta problem. Den nya lösningen innebär att använda korrugerade liv i rostfria stålbalkar vilket förväntas resultera i minskad materialåtgång och därmed kostnad. Arbetet i denna avhandling fokuserar på två frågeställningar inom detta område. Först genomförs en studie för att undersöka det nya konceptets konkurrenskraft i förhållande till konventionella lösningar för samverkansbroar. Den andra delen av arbetet fokuserar på problemet med flänsbuckling i balkar med korrugerade liv. Tidigare studier har visat att designmodeller som tidigare föreslagits – inklusive den som används i EN 1993-1-5 – ofta ger osäker design. Dessutom har dessa modeller utvecklats för kolstål och har inte uppdaterats för rostfritt stål. För att undersöka det nya konceptets ekonomiska och miljömässiga prestanda utförs två studier. I den första studien undersöks tre lösningar för design av en fallstudiebro med tre kontinuerliga spann. Dessa designlösningar inkluderar plant liv av kolstål, plant liv av rostfritt stål och korrugerade liv balkar i rostfritt stål. En genetisk algoritm används för att optimera varje designlösning med avseende på vikt. De tre optimala lösningarna utvärderas sedan ur olika perspektiv: investeringskostnader, livscykelkostnader (LCC) och miljömässig livscykelpåverkan. I den andra studien används två av de tidigare studerade designlösningarna, nämligen balkar med plana liv av kolstål och korrugerade liv av rostfritt stål, för att utföra flera parametriska studier. En fritt-upplagd bro används i denna studie som referensbro.