Applicability of stainless steel in road infrastructure bridges by applying life cycle costing
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Author
Date
2007
Department
Major/Subject
Teollisuustalous
Mcode
TU-22
Degree programme
Language
en
Pages
83
Series
Abstract
The main objectives of this thesis are (1) to identify the most critical parameters influencing overall life cycle costs in bridge structures, and to perform exemplified calculations for different structural materials. Calculations are performed on the most traditional bridge structure materials, concrete and carbon steel, and especially on stainless steel, which is a considerably less widespread material in bridge structures. The secondary objectives are (2) to identify different road infrastructure delivery methods and the stakeholders involved in such infrastructure projects and (3) to investigate different financing opportunities and related capital costs for projects. Road infrastructure and bridge structures as part of this represent remarkable capital for the public sector, and are designed to serve society for several decades. Infrastructure as an entity should be considered from the perspective of life cycle costs, which embraces costs related to the design, construction, maintenance, rehabilitation and disposal of a product/structure. The main focus of this research is on the applicability of stainless steel in bridge structures, a more expensive material compared to the traditionally applied carbon steel, but on the other hand, a material which is less corrosive, reflecting the durability of the material and thus reducing or even eliminating the need for maintenance and rehabilitation. Road infrastructure projects consist of several phases and involve many stakeholders whose roles and responsibilities vary. Projects generally require large amounts of funding, and financing costs are remarkable compared to total costs. Some entities can obtain financing at a comparably lower rate compared to other stakeholders, but that would affect the creditability of the entity due to the increased debt amount and costs of possible new loans. Different project delivery methods summarize the responsibilities of the stakeholders during the project, the financing options available and the different payback practices. The elements identified as influencing the choice of stainless steel the most in bridge structure or components are: (1) costs of failure, (2) corrosiveness of the environment and (3) required life cycle. As a result of the bridge life cycle costing performed for small bridges, this thesis concludes that preliminary calculations show that the application of stainless steel is cost-effective in the case of crowded roads with daily traffic of over 20 000 vehicles. The selection of the discount rate used in the NPV calculations should be considered precisely as it has an exponential influence on the overall costs.Tutkielman päätavoitteena on (1) tunnistaa siltarakenteiden elinkaarikustannusten kannalta tärkeimmät kustannusparametrit, sekä suorittaa eri rakennusmateriaaleja koskevia esimerkkilaskelmia. Laskelmissa huomioidaan sekä tavallisimmat siltamateriaalit, betoni ja hiiliteräs, että huomattavasti vähemmän käytetty ruostumaton teräs. Tutkielman toissijaisina tavoitteina on (2) kartoittaa eri tieinfrastruktuurihankkeiden urakka-muotoja ja hankkeisiin osallistuvia sidosryhmiä sekä (3) tarkastella tieinfrastruktuurihankkeiden eri rahoitusvaihtoehtoja ja niihin liittyviä pääomakustannuksia. Tieinfrastruktuuri ja siltainfrastruktuuri sen osa-alueena edustavat huomattavaa julkisen sektorin pääomaa ja niiden on tarkoitus palvella yhteiskuntaa useita vuosikymmeniä. Infrastruktuuria tulisikin tarkastella kokonaisuudessaan elinkaarikustannusten näkökulmasta, jolloin otetaan huomioon suunnitteluun, rakentamiseen, ylläpitoon, kunnostukseen sekä tuotteen/ rakenteen purkuun liittyvät kustannukset. Tutkielmassa tarkastellaan ennen kaikkea ruostumattoman teräksen soveltuvuutta siltarakenteisiin: se on rakennusaineena kalliimpi kuin yleisemmin käytetty hiiliteräs, mutta toisaalta se kestää paremmin korroosiota. Kestävyytensä ansiosta ruostumaton teräs vaatii siten vähemmän tai ei lainakaan ylläpitoa ja kunnostusta. Tieinfrastruktuurihankkeet ovat monivaiheisia ja niihin osallistuu useita sidosryhmiä, joilla erilaisia tehtäviä ja vastuualueita. Hankkeet vaativat yleensä huomattavasti rahoitusta ja rahoituskustannukset ovat siten huomattavat suhteessa kokonaiskustannuksiin. Joillain sidosryhmistä on mahdollisuus saada rahoitusta huomattavasti edullisemmin kuin toisilla, mutta tällaisten tahojen luottokelpoisuus on velan kasvun ja mahdollisten uusien lainojen vuoksi heikompi. Eri urakkamuotoja käsittelevässä osiossa tarkastellaan eri sidosryhmien vastuita, hankkeiden rahoitusvaihtoehtoja sekä takaisinmaksutapoja. Tutkielmassa tärkeimmiksi ruostumattoman teräksen valintakriteereiksi todetaan (1) hajoamiskustannukset, (2) ympäristön aiheuttama korroosio ja (3) vaadittava elinkaari. Pienten siltojen elinkaarikustannusten tarkastelun perusteella todetaan, että ruostumattoman teräksen käyttö on alustavien laskelmien mukaan kustannustehokasta, kun kyseessä on tie, jolla liikkuu päivittäin yli 20 000 ajoneuvoa. Nettonykyarvon laskennassa käytettävän alennuksen suuruus on määriteltävä tarkkaan, sillä se vaikuttaa kokonaiskustannuksiin eksponentiaalisesti.Description
Supervisor
Artto, KarlosThesis advisor
Kähönen, AskoKarjalainen, Jouko
Keywords
life cycle costs, elinkaarikustannukset, stainless steel, ruostumaton teräs, bridge, silta, financing, rahoitus, project delivery methods, urakkamuodot
