Brukasse i aluminium- eit konkurransedyktig materialval

Aluminium kan innehalde opp mot 70 prosent resirkulert materiale

Vegvesenet har gjennomført eit utviklingsprosjekt for bru over Langenuen på strekninga E39 Stord-Os for å finne potensial for kostnadsreduksjonar. Brua over Langenuen er kostnadsrekna til omlag NOK 5 mrd. inkludert meirverdiavgift, usikkerheit og byggherrekostnader. Det er planlagt fire-felts motorveg og 110 km/t på strekninga. Hovudspennet til hengebrua er om lag 1200 meter. Ei brukasse i aluminium kan redusere kostnadane kan med anslagsvis NOK 14 millionar.

Aluminium har ein rekke fordelar

Ei aluminiumsbru korroderer ikkje fordi oksidbelegget til aluminium beskyttar mot korrosjon. Maling er difor ikkje naudsynt. Aluminiumen i brua kan innehalde opp mot 70 prosent resirkulert materiale, derfor er aluminium både eit klimavennleg og kostnadsreduserande materialval.

Utviklingsprosjektet i regi av Statens vegvesen er eit samarbeid mellom Dr. techn. Olav Olsen, Hydro, Leirvik AS, NTNU og SINTEF. Dr. techn. Olav Olsen har leia utviklingsprosjektet. Designforslaga i tidlegfasen har vore gjenstand for gjennomgang og uavhengige analysar av DNV GL, som har hatt rolla som verifikatør.

Gode moglegheiter for norsk næringsliv

At det er mogleg å kunne byggje brukasse i aluminium påverkar marknaden, og vil gje auka konkurranse. Dette kan føre til at kostnader for bygginga vert lågare.

Å velgje aluminium gjev moglegheiter for norsk nærlingsliv sidan verfta her til lands har svært høg kompetanse på bygging av aluminium, men gode produsentar finst også i utlandet. Sidan vi tidlegare har utført ein konseptstudie med konvensjonell brukasse i stål, har det vore eit godt samanlikningsgrunnlag for å sjekke om aluminiumsalternativet kunne vere konkurransedyktig.

Ved hjelp av ein parametrisk designprosess og bruk av maskinlærings-algoritmar, har det vore mogleg å vurdere tusenvis av ulike kombinasjonar av brukassehøgder og kabel-geometri for å finne ei optimal løysing. Samstundes har ein nytta konvensjonelle ingeniør-vurderingar på lokal design av geometri og forbindelsar. I eit godt samspel mellom global og lokal design, har både stabilitet, utmatting og kostnad blitt tatt omsyn til i heile designprosessen.

Tilstrekkeleg stabilitet, men utmatting er utfordrande

Belastninga på ei hengebru er i stor grad påverka av eigenvekta til brua; å bruke eit lettare materiale som aluminium kan difor vere gunstig. Dette må likevel vegast opp mot å ha tilstrekkeleg stabilitet, der vekt og stivleik ofte er gunstig. Vidare har vi undersøkt variantar der hypotesen vår var at sjølv om kanskje ikkje sjølve brukassen blir billegare, kan det vere pengar å spare på kablar, hengestenger og tårn.

Konklusjonane frå prosjektet er at det kan vere konkurransedyktig å lage brukassen i aluminium, og at det er fullt mogleg å få til ei bru med tilstrekkeleg stabilitet. Den største utfordringa har vore å sikre utmattingslevetid for den aktuelle trafikkbelastninga, sidan aluminium har ein lågare tillaten kapasitet for utmatting for dei typiske forbindelsane enn stål. Ved å ta omsyn til dette i detaljeringa av designet av brua, kan ein dokumentere tilstrekkeleg kapasitet.

Fleire ulike brukassekonsept har vore vurderte, både med bruk av avstiva platekonstruksjonar ala konvensjonelle brukassar i stål, og andre med utstrekt bruk av ekstruderte profilar og panel. Tverravstivinga i form av både rammer og skott har vore rekna igjennom.

Dei mest kritiske samanbindingsdetaljane har vore designa i tett samarbeid med ekstruderingsekspertisen i Hydro og analyserte i detaljerte FEM-modellar. Ved å nytta dei beste eigenskapane til tilgjengelege produkt og samanstillingsteknikkar, kan det tyda på at aluminium er eit minst like godt egna alternativ som konvensjonelle brukassar i stål.

DNV GL har, på vegne av Vegvesenet, utført ein uavhengig verifikasjon av designdokumentasjonen, i tillegg til uavhengige lokal- og globalanalysar av nokre viktige detaljar på brustrukturen. Som nemnt ovanfor er det utmatting av brudekket som er den største utfordringa på grunn av trafikklaster. Ulike tverrsnittforslag av brudekket har blitt foreslått og diskutert med forskingsprosjektet.

Brukassa kan byggjast i Noreg

-Dei fleste design- og byggeprinsipp som med hell er brukt av Leirvik AS i offshoresamanheng i 30 år, kan nyttast på ein brukasse i ei hengebru. Kompetanse derfrå innan prosjekteringsstyrt og byggevenleg profilutvikling og kunnskap om eigenskapane til aluminium som materiale i ein designprosess, har difor vore nytta i bredt monn i dette forskingsprosjektet.

Forskingsprosjektet viser at det er mogleg å bygge brukassen med stor grad av lokalt innhald ved aluminiumsverkstader i nærleiken av brukryssingslokasjonen. I tillegg blir det foreslått å etablere ein samlebandfabrikk som til fulle kan utnytte effektiviteten frå automatiske sveise- og byggjeteknikkar.

Basert på dei ulike konseptløysingane frå studien viser rapporten bygge- og anleggskostnadar for framstilling av ei fullskala brukasse i aluminium.

Sjå også denne animasjonen om samanstillingsprosessen:

video