Resultaten kommer från det tvärvetenskapliga forskningsprojektet EXTEND, som leds av Sebastian Thöns och Ivar Björnsson, båda forskare vid Avdelningen för konstruktionsteknik. Projektteamet har tagit fram nya metoder för hur stora infrastrukturanläggningar kan hållas säkra, effektiva och hållbara långt bortom sin ursprungliga livstid.
– I mer än ett decennium har vi utvecklat nyttobaserad beslutsanalys, ursprungligen med rötter i ekonomin, och anpassat den till ingenjörssammanhang som till exempel broinfrastruktur. Vi har använt de här unika metoderna som vi har utvecklat och som nu kan används för Öresundsbron, säger Sebastian Thöns.
Vetenskapliga modeller för ett långt liv
När Öresundsbron invigdes år 2000 beräknades dess tekniska livslängd till 100 år. Sedan dess har mer än 150 miljoner bilar och 1,5 miljoner tåg har färdats över bron. Detta i kombination med kraftig påverkan från väder och vind gör att bron ständigt slits.
År 2021 tog de som driver Öresundsbrokonsortiet initiativ till en vetenskaplig genomlysning av brons faktiska förutsättningar för att kunna förlänga dess tekniska livslängd. Målet var att undersöka om länken, som består av bro, tunnel och konstgjord ö, kan drivas vidare till år 2200 – tekniskt, miljömässigt och samhällsekonomiskt.
Inom EXTEND-projektet bygger forskningen på att kombinera scenariobaserad analys av livslängd med beräkningar av strukturell tillförlitlighet utifrån så kallade degraderingsmodeller, tillsammans med data från inspektioner och övervakning. Genom att simulera hur material som stål och betong bryts ner över tid och hur olika underhållsstrategier påverkar konstruktionens hållbarhet, kan forskarna identifiera kostnadseffektiva och hållbara vägar för att förlänga brons säkra brukstid.
– Vi har utvecklat metoder som visar hur livslängden kan förlängas genom att rikta in åtgärder där de verkligen gör störst skillnad. Det handlar om att förstå varför och hur konstruktionen når slutet på sin livslängd – och att övervaka och agera målinriktat innan skadorna uppstår, för att hantera de olika faktorer som kan påverka livslängden säger Sebastian Thöns.
Fokus på brons mest kritiska delar
Arbetet har fokuserat på de delar av bron som mest påverkar är mest relevant att underhålla för att öka livslängden, både tekniskt och ekonomiskt – särskilt det så kallade stålfackverket, snedkablarna och tunneldelen.
De stora snedkablarna, som bär upp huvudspannet på bron, utsätts för stor belastning och är avgörande för brons säkerhet. Enligt forskarna måste kabelbyten planeras mycket noggrant, men ny teknik för monitorering och underhåll kan kraftigt förlänga deras livslängd.
– Hängkablarna är en av de mest kritiska komponenterna. De utsätts för höga laster och utmattning över tid, och deras underhåll kräver både precision och försiktighet. Genom att använda sensorer och kontinuerlig övervakning, samt att hela tiden uppdatera våra modeller med den insamlade datan, kan vi avgöra när ett ingrepp verkligen behövs, säger Ivar Björnsson.
Även tunneln under Öresund har analyserats i detalj. Här har forskarna tagit fram modeller för hur kemikalier tränger in i betongen och påverkar armeringen. Genom att uppdatera dessa modeller med nya data kunde en betydande förlängning av livslängden motiveras.
EXTEND-projektet har drivits både av forskningsmetoderna och av den ambitiösa och krävande projektledningen av Torbjörn Arland och Bengt Hergart från Öresundsbrokonsortiet.
– Utan den avgörande dialogen med brooperatörerna hade vi inte kommit så här långt, säger Ivar Björnsson.
Resultaten visar att både tunnel och bro kan leva vidare i 200 år, förutsatt att de inspekteras och underhålls enligt de strategier som EXTEND-projektet föreslår.
Digitalisering och sensorer för framtidens underhåll
Forskningen har också lagt grunden till en ny generation av datadrivet underhåll. Öresundsbrokonsortiet har redan installerat över 5 500 sensorer längs bron, som registrerar vibrationer, temperatur, fukt och rörelser. Med EXTEND-projektet visas hur specifika data kan användas för att uppdatera modeller för förlängning av livslängd, så att de får ett så kallat informationsvärde.
– Genom våra modeller kan vi bland annat beräkna hur klimatförhållanden på bron och tunneln påverkar konstruktionen. Det kan handla om modeller för hur lång tid det tar för kemikalier att tränga igenom betongen och därmed också hur fort korrosionen i armeringen går, säger Ivar Björnsson.
Användningen både av sensorer och modeller gör det möjligt att analysera och förutse hur bron mår och att därför kunna planera att agera i tid. Det är avgörande att sensorerna levererar rätt data för just detta ändamål. På så sätt kan man planera underhållet med större precision än tidigare och därmed också hålla kostnaderna nere.
En modell för framtidens infrastruktur
Till slut kommer det inte att bli ekonomiskt försvarbart att byta delar eller att reparera bron, eller så kommer det att bli för svårt. Att bygga ny infrastruktur är en av de mest resurskrävande saker man kan göra. Att riva en bro eller en tunnel kostar enorma summor pengar. Miljöpåverkan blir också mycket stor med tanke på den mängd betong och andra material som används.
– Att fördubbla livslängden på Öresundsbron handlar inte bara om teknologiska framsteg – det är också ett viktigt bidrag till klimatomställningen. Genom att förlänga livslängden på befintliga konstruktioner kan utsläpp, materialanvändning och kostnader minska drastiskt. Det är detta vi har kvantifierat i våra modeller, säger Sebastian Thöns och får medhåll av Ivar Björnsson.
Förhoppningen är att de metoder som utvecklats inom EXTEND kan tillämpas på andra infrastrukturer och bidra till att modernisera hur hela samhället planerar, bedömer och förlänger livslängden på stora konstruktioner.