Många stålbroar runt om i världen har idag passerat den beräknade livslängden och är i behov av översyn, reparation eller utbyte. Men att ersätta en gammal bro med en nykonstruerad är i regel både ekonomiskt kostsamt och tidskrävande för ett samhälle, likaså inkonsekvent ur ett hållbart och miljömässigt perspektiv.
Unikt svenskt forskningssamarbete
I de nyligen avslutade forskningsprojekten LifeExt-1 och LifeExt-2, projekt inom ramen för Infra Sweden 2030 med stöd från Vinnova där DEKRA deltagit tillsammans med andra företag och institutioner, har avsikten varit att utforska möjligheterna till att hitta nya innovativa tekniker och metoder för att bedöma, åtgärda och förstärka äldre stålbroars konstruktioner, och därigenom förlänga livslängden.
– I en stålbrokonstruktion räknas svetsförbanden som de mest kritiska punkterna, eftersom de påverkar grundmaterialet negativt samt ofta har inverkan på spänningsflödet och därigenom påverkar svetsens livslängd. Men genom att applicera korrekta efterbehandlingsmetoder och förbättra svetsförbanden i dessa områden kan brons utmattningslivslängd förlängas, säger Martin Edgren, industridoktorand, DEKRA Industrial.
Möjligheten att reparera utmattningssprickor har undersökts i LifeExt-projekten, och det har visat sig att sprickor med ett djup på upp till två millimeter kan repareras genom att använda TIG-uppsmältning tillsammans med påföljande HFMI-behandling. Enbart HFMI-behandling kan även återställa en utmattningsbelastad svets om svetsen inte har sprickor, eller sprickor som är under 0,5 millimeter.
Anpassad ultraljudsprovning och nyutvecklad teknik
Genom forskningsprojekten har man utvärderat lämpliga metoder för OFP, ”oförstörande provning” för att identifiera och fastställa omfattningen av utmattningsskador i utvalda brodetaljer.
UT, eller ”ultraljudsprovning” kan användas med metoden TOFD, ”Time-of-flight diffraction” som är en känslig och exakt metod inom OFP med syfte att hitta svetsavvikelser. Men den främsta fördelen är att det är möjligt att bestämma sprickdjup med hjälp av metoden. I detta arbete har UT-TOFD-metoden anpassats för att användas tillsammans med en nyutvecklad manipulator. Martin Edgren fortsätter;
– Små skador kan upptäckas med UT-TOFD och en typisk storlek för en spricka är en till två millimeter. I LifeExt-projekten har vi även kunnat urskilja sprickor under en millimeters djup, till och med ned till 0,5 millimeter vid gynnsamma geometrier, och med en noggrannhet på omkring 0,1 millimeter.
Ökat intresse för avancerad HFMI-teknik
HFMI, ”High Frequency Mechanical Impact” är en så kallad PWT-metod, Post Weld Treatment, det vill säga efterbehandlingsmetod som syftar till att öka livslängden för svetsade stålkonstruktioner. Metoden baseras på mekanisk bearbetning av svetsens fattningskant, den ur utmattningsperspektiv svagaste länken i konstruktionen.
Utmattningslivslängden påverkas positivt genom att föra in tryckspänningar i detta kritiska område samtidigt som en gynnsam geometri skapas genom en jämn övergång mellan svets och grundmaterial – en förutsättning för goda utmattningsegenskaper. Intresset för att använda sig av HFMI har på senare tid ökat och metoden är idag ett hållbart och kostnadseffektivt alternativ till mer omfattande åtgärder.
– Vi har tittat på möjligheten att använda HFMI-teknik för att återställa skicket hos en utmattningsbelastad svetsad komponent. Detta har gjorts för olika nivåer av "förutmattning", vilket innebär att vi undersökte hur stor del av den beräknade utmattningslivslängden som förbrukats vid varje vald förutmattningsnivå inför HFMI-behandling.
En viktig del i LifeExt-2 har även varit att studera hur kvalitetssäkring av ovan nämnda livslängdsökande tekniker bäst ska utföras, att tillämpa teknikerna i fält på en av Trafikverket utvald bro, samt utvärdera och dokumentera metodiker och resultat. För dessa undersökningar valdes stålbron i Stöde ut av Trafikverket.
– Det skulle vara spännande med en fortsättning; ett LifeExt-3, där fokus förslagsvis kan vara på utbildning inom applicering och kvalitetssäkring av HFMI samt, uppskalning och implementering av LifeExt-teknikerna på andra utvalda stålbroar i behov av renovering, men inte minst provning av detaljer från någon uttjänt bro för att öka förståelsen för metoderna, avslutar Martin Edgren.
En stor vinst för både samhälle och miljö
Livslängdsförlängning av äldre stålbroar ger flera vinster, dels minskad miljöpåverkan, genom mindre materialuttag och energiförbrukning, men likaså kostnadsbesparingar. LifeExt-teknikerna kan även användas för en bro i drift, vilket minimerar trafikstörningar och belastningar på annan väginfrastruktur.
Svenska bolag inom infrastruktur får med dessa tekniker en ökad konkurrenskraft och förbättrade exportmöjligheter. Samhällsekonomiskt blir vinsten även stor, med resurseffektivitet och kapital över till andra viktiga samhällsinsatser.
Källa: DEKRA
