Forudsiger klimaændringernes indvirkning på brosikkerheden

Klimaændringer vil i sidste ende påvirke vores broer. Men i hvilket omfang?

Det er det væsentlige spørgsmål, som Lehigh University -forskerne David Yang og Dan M. Frangopol har behandlet i et papir, der for nylig blev offentliggjort i ASCE Journal of Bridge Engineering .

"Vi ved, at klimaændringer vil øge hyppigheden og intensiteten af ​​naturfarer som orkaner, hedebølger, skovbrande, og ekstrem regn, "siger Yang, en postdoc forsker i civil- og miljøteknik ved P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science. "For dette papir, vi ser på øget temperatur samt øget nedbør og deres indvirkning på broens sikkerhed. Udfordringen her var, at vi ikke vidste, hvordan vi skulle kvantificere disse virkninger for at forudsige risici. "

Scour er den primære kilde til brofejl i USA. Det er skabt, når oversvømmelser eroderer materialerne omkring en bros fundament, skabe skurehuller, der kompromitterer strukturens integritet.

For deres papir, Yang og Frangopol, en professor i civilingeniør og Fazlur R. Khan begavet formand for konstruktionsteknik og arkitektur, måtte udfylde hullet mellem klimadata og den strukturelle sikkerhedskvantificering. De gjorde det ved at bruge hydrologisk modellering til at konvertere klimasimuleringsdata til flowudladningsdata i Lehigh -floden. Lehigh-floden er en 109 kilometer lang biflod til Delaware-floden, der løber gennem byen Bethlehem, Pennsylvania, hvor Lehigh University ligger.

”Vi tog en holistisk tilgang, "siger Yang." Det startede med en global klimamodel, der blev nedskaleret til regional hydrologi, derefter brugte vi konstruktionsteknik til at få fejlsandsynligheden for en struktur i en fremtidig oversvømmelse. Fra det, vi kunne vurdere, udgør denne strukturfejl visse risici for et samfund? Så vores model inkluderede disse fire trin i klimatologi, hydrologi, Strukturteknik, og risikovurdering. "

Det er det første papir til dato, der har kombineret alle fire trin til kvantitativt at se på virkningen af ​​klimaændringer på broer, han siger.

Ved udviklingen af ​​deres model, parret overvejede forskellige klimaterminer og globale klimamodeller leveret af det mellemstatslige panel om klimaændringer. For at estimere grunddybden for ældre broer, der spænder over Lehigh-floden-oplysninger, der ofte ikke er tilgængelige-udviklede de en metode til at beregne dybden på baggrund af tilstandsbedømmelser fra National Bridge Inventory. De tog også en regional og livscyklus tilgang til deres analyse.

Frangopol er verdenskendt for sit banebrydende arbejde inden for livscyklusteknik, som bruger beregningsanalyse til at bestemme den langsigtede værdi og risiko forbundet med infrastrukturinvesteringer.

Med en sådan regional og livscyklusmæssig tilgang, siger Yang, var en nyhed for dette papir. "Broer har mange mikromiljøer, og hvis du kun ser på en bro, det er virkelig svært at fange tendensen og få den øgede risiko ved klimaændringer, "sagde han." Så vi udvidede denne analytiske horisont både rumligt og tidsmæssigt for at fange langsigtede tendenser. "

Af de otte konklusioner, Yang og Frangopol nåede med deres model, det mest overraskende var, i hvilket omfang oversvømmelseshyppigheden kan ændre sig.

"Vi indså, at en 20-årig oversvømmelse nu kan blive en 13-årig oversvømmelse i slutningen af ​​århundredet, så frekvensen var næsten fordoblet, "siger Yang." Derfor kan klimaforandringer medføre en øget risiko for infrastruktur. "

Måske involverer deres vigtigste konklusion spørgsmålet om afbødning. Specifikt, hvilke tekniske foranstaltninger der skal indføres for at reducere risiko, og i hvilke broer.

"Virkeligheden er, at budgetterne er begrænsede, "siger Frangopol, som også er tilknyttet Lehigh's Institute for Data, Intelligente systemer, og Computation (I-DISC) og Institute for Cyber ​​Physical Infrastructure and Energy (I-CPIE). "Så det er vigtigt at kunne bestemme, hvad er prioriteten her? Du skal kende broens placering. For nogle samfund, en bros fiasko kan være katastrofal. For andre, en bro er måske ikke så kritisk. Denne model hjælper dig med at træffe den slags beslutninger, fordi risiko ikke kun er baseret på sikkerhed, men også på konsekvenserne af fiasko. Du har muligvis to broer med samme sandsynlighed for fejl, men konsekvenserne af denne fiasko kan være meget forskellige. "

Fokus på broer langs Lehigh -floden var et oplagt valg i betragtning af deres placering, men både Yang og Frangopol er ivrige efter at dele denne model, ikke kun lokalt, men med alle samfund, der ønsker at vurdere deres infrastruktur.

"Vi blev inspireret til at lave denne forskning delvist, fordi Bethlehem historisk har været ramt af flere oversvømmelser siden 1902, og de havde en betydelig indvirkning på samfundet, så oversvømmelser er en betydelig fare i hele Lehigh -flodens vandområde, "siger Yang." Vi ville udtænke noget, som samfundet kan bruge til at blive tilpasset fremtidige klimaændringer, ”siger Frangopol.