Bilen är utrustad med flera accelerometer och lastceller för att mäta fordonets dynamiska respons när det väl rör sig över bron. Kredit:UNSW
Du är hundra gånger mer sannolikt att dö av att bli träffad av blixten än du är av en bro som kollapsar.
Vilket är ett sjukligt sätt att säga att broar i allmänhet är mycket säkra strukturer, med risken för ett dödsfall vid en kollaps var som helst i världen på en på hundra miljoner per år.
Men lika imponerande som modern teknik har blivit, det är inte en perfekt vetenskap. Kollapsen av motorvägsbron i Genua, Italien, som krävde 43 människors liv 2018, och de 35 personer som miste livet i Melbournes West Gate Bridge-kollaps 1971 är tragiska påminnelser om riskerna med att bygga offentligt arbete.
Dr. Mehridat Makki Alamdari är universitetslektor vid School of Civil and Environmental Engineering, UNSW Sydney. Hon har tillbringat det senaste decenniet med att inspektera broar, analysera deras data och hitta mer effektiva sätt att utföra strukturella hälsobedömningar för att säkerställa att de förblir säkra. Ett av de nya projekt hon arbetar med är att utveckla ett fordonsmonterat avkänningssystem som susar över broar för att skapa en ögonblicksbild av deras hälsa och säkerhet.
Dr. Makki Alamdari säger att alla Australiens 53 000 broar – från Sydney Harbour till Swan River och allt däremellan – inspekteras visuellt åtminstone varje år. Men ökande trafikvolymer och större, tyngre fordon har ökat den belastning som broarna nu måste bära. Mer än någonsin måste tillsynsmyndigheter och regeringar göra tillförlitliga förutsägelser om brosäkerhet som kräver mer resurser och mer finansiering för att underhålla dem.
"Vi har så många försämrade broar runt om i världen som närmar sig slutet av sin livslängd, men de olika vägmyndigheterna har inte tillräckligt med finansiering för att riva alla dessa broar och bygga dem från grunden", säger Dr. Makki Alamdari.
Alternativet är att förlänga brons livslängd genom att regelbundet utvärdera dem för allmän säkerhet och reparera dem vid behov. I Australien delas denna uppgift mellan lokala och statliga myndigheter.
Hur de bedöms varierar från bro till bro. Den vanligaste metoden med låg beröring är att visuellt inspektera varje bro en gång om året eller mer regelbundet, alltefter fallet. Detta kan vara lämpliga broar som har relativt låga trafikvolymer, men vad sägs om en struktur som Sydney Harbour Bridge, som korsas av 58 miljoner fordon per år, eller äldre broar i regionala områden som nu tar mycket större laster än de var designade för?
Känner av fara
För Harbour Bridge och andra ikoniska, storskaliga brostrukturer runt om i världen förlitar sig myndigheterna på en kombination av visuella inspektioner, teknik som CCTV och speciella sensorer stationerade med intervaller längs bron. Sensorerna tillhandahåller en kontinuerlig ström av data som ingenjörer använder för att identifiera eventuella uppkommande defekter eller strukturella svaga punkter.
Dr. Makki Alamdari, som innan han arbetade på UNSW var forskare för CSIRO som analyserade data om Sydney Harbour Bridge, säger att det här i slutändan handlar om att se efter ändrade mönster i vibrationerna som tas upp av sensorerna och sedan agera när det behövs.
"Det här tillvägagångssättet har implementerats på stor, ikonisk infrastruktur som Sydney Harbour Bridge, och på senare tid, Gateway Bridge i Brisbane, såväl som många broar i Kina och runt om i världen", säger Dr. Makki Alamdari.
Även om detta kan innebära att potentiella säkerhetsproblem från slitage kan identifieras och åtgärdas tidigt, är systemet dyrt och involverar massor av omkostnader som kablage, övervakning, elbelastning och analyssystem, för att inte tala om byte av komponenter vartannat år som exponering för väder och vind tar ut sin rätt.
Dr Makki Alamdari säger att för en liten bro med en spännvidd på 50 m skulle det kosta cirka 200 000 USD att installera ett heltäckande avkänningssystem, men en lokal kommun kan bara ha en årlig budget för en tiondel av detta för varje bro.
"Det är verkligen inte kommersiellt vettigt att tillämpa detta på ett stort antal broar. Och problemet vi står inför i Australien är att många av dessa försämrade broar med kortare spann finns i regionala områden.
"Tyvärr gör vissa överbelastade lastbilar omvägar över dessa regionala broar för att undvika vägningsstationer på mer direkta vägar. Detta kan orsaka betydande skador på broar på landsbygden som inte är byggda för att ta dessa laster."
Så om sensorer är för dyra och arbetskrävande, och en visuell inspektion varje år kan vara otillräcklig, letar vägmyndigheter och ingenjörer efter alternativa metoder som är hållbara samtidigt som de garanterar säkerheten.
Mobila sensorer
Dr. Makki Alamdari utnyttjar sin expertis inom strukturell hälsoövervakning och vibrationsanalys för att utveckla en ny mobil teknik som skapar en balans mellan effektivitet och ekonomi.
Istället för att ladda upp en bro med dyra sensorer, tänk om du skulle sätta sensorer på fordon som mäter tillståndet på bron när de passerar den?
Denna idé lanserades först för mer än ett decennium sedan och fungerar perfekt på papper, men ingen har visat det i den verkliga världen. Dr Makki Alamdari och hennes kollegor närmar sig att se detta bli verklighet.
"Mitt DECRA-uppdrag är att komma med avancerade signalbehandlingstekniker för att extrahera vibrationsresponsen från ett fordon i rörelse och sedan bygga en datadriven algoritm med hjälp av maskininlärning och artificiell intelligens för att sammanställa en databas om nyckelindikatorer på brons strukturella hälsa." säger hon.
Hennes team, i samarbete med partners vid Kyoto University (Japan) använder en kabelstagsbro med en spännvidd på cirka 50 m, för att testa en liten prototypfordon.
"Nästa steg i vår testning är att gradvis införa konstgjord skada i brons struktur och verifiera att våra signaler avslöjar denna skada, enbart genom att bearbeta fordonets respons."
Det specialbyggda fordonet som Dr. Makki Alamdaris team använder för att utföra sina tester ser lite ut som en miniatyrformel 1-bil.
Bilen är utrustad med flera accelerometer och lastceller för att mäta fordonets dynamiska respons när det väl rör sig över bron samt för att mäta samverkanskraften mellan fordonet och bron. Det finns också ett datainsamlingssystem ombord för att logga data i realtid. Den kan nå en hastighet på 10 meter per sekund, men för bästa resultat visar tester att fordonshastigheten bör hållas på cirka 2 meter per sekund.
"Bilen kommer att röra sig fram och tillbaka många gånger för att samla in en rik datauppsättning av bron", säger Dr Makki Alamdari. "När data väl har samlats in kommer de att analyseras offline på kontoret för att se om det finns några avvikelser jämfört med riktmärket."
Brygga till framtiden
Det är osannolikt att denna mobila sensorteknik för broar kommer att vara kommersiellt tillgänglig i slutet av Dr. Makki Alamdaris DECRA-stipendium om två år. Men hittills har det visat sig lovande.
"I laboratoriet har vi bevisat att vi kan övervaka brons hälsostatus med den här tekniken", säger hon.
"Men på fältet är det alltid en annan historia, för från min erfarenhet av att arbeta på Sydney Harbour Bridge vet jag att det finns många oväntade utmaningar. Så det är något jag kommer att utforska och se hur mycket vi kan minska klyftan mellan våra laboratorietester och i fält."
Dr. Makki Alamdari är hoppfull om att mobila sensorfordon kan vara kommersiellt tillgängliga i slutet av decenniet.
"Att få det till den nivå som krävs kräver mycket arbete när det gäller att avancera och justera parametrarna för din algoritm och öka känsligheten hos dina sensorer. Alla dessa saker måste vara helt rätt för att säkerställa att tekniken fungerar på det sätt vi har tänkt oss. ." + Utforska vidare
