Klimaændringer kan fremskynde forringelsen af ​​den amerikanske broinfrastruktur

Når de fleste tænker på klimaforandringer, de tænker på stigende havniveau og mere intense hedebølger. Ingeniører som Colorado State University's Hussam Mahmoud tænker på broer.

Lektoren i Institut for Civil- og Miljøteknik undersøger de vejafgifter, som klimaændringerne kan påtage sig en aldrende amerikansk infrastruktur, som omfatter over 600, 000 broer. Nu, han er medforfatter til en ny undersøgelse, der forbinder de potentielle virkninger af klimaændringer med den strukturelle integritet af tusinder af broer, der krydser Amerikas motorveje og byer. Mahmouds analyse viser et behov for at gentænke landets prioriterede rækkefølge for broreparation, da klimaforandringerne truer og infrastrukturfinansiering fortsat begrænset.

Forskningen er offentliggjort 23. oktober i PLOS ONE , og hovedforfatteren er Susan Palu, der for nylig tog eksamen fra CSU med en kandidatgrad i civilingeniør.

Mahmoud og Palu fokuserede deres analyse på omkring 80, 000 "enkelt understøttede stålbjælkebroer, "et design, der er almindeligt siden Anden Verdenskrig, og som består af langsgående bjælker, der strækker sig over to moler. Disse broer lider ofte af ekspansionsfuger, der tilstoppes med snavs og kræver regelmæssig vedligeholdelse for at rengøre samlingerne. Ekspansionsfuger forbinder brospænder og tillader strukturen at ekspandere og trække sig sammen som luften varmer eller køler.

Når leddene bliver tilstoppede, de forhindrer broen i at ekspandere normalt som reaktion på højere temperaturer. Forskerne begrundede, at højere gennemsnitstemperaturer i fremtiden, ikke taget højde for, da sådanne broer først blev bygget, kan føre til uforudsigelig termisk belastning. Varmestress kan forårsage knæk og revner, som forværres ved både at bøje sig fra vægten af ​​lastbiler og biler, og aksial belastning fra ekspansionsbegrænsningen. Forskernes undersøgelse er den første til at kvantificere virkningen af ​​potentielle temperaturændringer i forbindelse med normal forventet tilstopning af ekspansionsfuger.

Forskerne overvejede fire forskellige sæsonscenarier for temperatur på tidspunktet for hver bros konstruktion, sammen med forventede gennemsnitstemperaturer for årene 2040, 2060, 2080 og 2100. De forventede temperaturstigninger er de "radiative concentration pathway" drivhusgasopvarmningsscenarier vedtaget af International Panel on Climate Change i 2014.

Resultaterne indikerer, at broer i den nordlige del af USA, herunder de nordlige klipper og sletter, Nordvest og Øvre Midtvest, er de mest sårbare over for mere markante stigninger i temperaturer. Mindre modtagelige regioner var Sydøst og Nordøst.

Ingeniørernes mål var at rangere broer i rækkefølge af nødvendig vedligeholdelse efter at have taget højde for den nye norm for klimaændringer.

"Vi som ingeniører skal begynde at kigge ud over, hvad vi oprindeligt har lært om, hvordan man analyserer systemer og begynder at tænke over, hvad klimaændringer vil gøre for vores forståelse af adfærd på komponentniveau og ydeevne på systemniveau, "Sagde Mahmoud.