A framework for system reliability, updating and residual life assessment of existing concrete bridges subjected to corrosion
Celati, Simone LU
(2026)
- Abstract
- The growing age of bridge inventories worldwide demands a systematic evaluation of their safety and estimation of their remaining service life. At the same time, the pursuit of sustainability and cost efficiency compels infrastructure managers to prolong the use of existing structures, thereby reducing greenhouse gas emissions and optimising financial resources. To achieve these objectives, assessment procedures must quantify uncertainty and guide rational strategies for inspection, testing, monitoring, intervention planning and design.
This thesis presents a comprehensive system reliability and updating framework for the service-life assessment of concrete bridges affected by corrosion. The framework integrates probabilistic modelling... (More) - The growing age of bridge inventories worldwide demands a systematic evaluation of their safety and estimation of their remaining service life. At the same time, the pursuit of sustainability and cost efficiency compels infrastructure managers to prolong the use of existing structures, thereby reducing greenhouse gas emissions and optimising financial resources. To achieve these objectives, assessment procedures must quantify uncertainty and guide rational strategies for inspection, testing, monitoring, intervention planning and design.
This thesis presents a comprehensive system reliability and updating framework for the service-life assessment of concrete bridges affected by corrosion. The framework integrates probabilistic modelling with inspection, testing, and monitoring data, enabling the formulation of models that reflect actual degradation.
The proposed framework advances existing approaches by modelling bridges as nested systems of failure modes, sections, and elements, capturing dependencies and interactions among degradation mechanisms. Using survival information and heterogeneous data sources enables probabilistic estimates of residual life that can meaningfully inform maintenance prioritisation and planning.
The applicability and generality of the framework are demonstrated through two case studies on a post-tensioned and a reinforced concrete deck. For post-tensioned concrete bridges, it captures the occurrence of defects and spatially variable corrosion, demonstrating how probabilistic modelling can refine service-life estimates and optimise maintenance planning. For reinforced concrete bridges, the framework incorporates monitoring data through Bayesian updating, reducing uncertainty and revealing the potential for service-life extension that deterministic or prior assessments could not demonstrate.
In both cases, sensitivity and spatial analyses highlight that inspection strategies should adapt to the extent of degradation: initially focusing on the most utilised sections while, as degradation spreads, progressively involving the entire girder. These results support adaptive inspection planning that focuses first on highly stressed sections and gradually extends to other regions as damage propagates.
Integrating the reliability calculations provided and the sensitivity analysis outcomes can provide methodological, managerial, and societal contributions by promoting data-driven, cost-effective, and sustainable bridge management while maintaining safety consistent with international reliability standards. (Less) - Abstract (Swedish)
- Den ökande åldern hos brobestånden världen över kräver en systematisk utvärdering
av deras säkerhet och en uppskattning av deras återstående livslängd. Samtidigt
medför strävan efter hållbarhet och kostnadseffektivitet att infrastrukturförvaltare
behöver förlänga användningen av befintliga konstruktioner och därigenom minska
utsläppen av växthusgaser samt optimera användningen av ekonomiska resurser.
För att uppnå dessa mål måste bedömningsförfaranden kvantifiera osäkerheter och
ge stöd för rationella strategier avseende inspektion, provning, övervakning,
planering av åtgärder och dimensionering.
Denna avhandling presenterar ett övergripande ramverk för systemtillförlitlighet
och probabilistisk... (More) - Den ökande åldern hos brobestånden världen över kräver en systematisk utvärdering
av deras säkerhet och en uppskattning av deras återstående livslängd. Samtidigt
medför strävan efter hållbarhet och kostnadseffektivitet att infrastrukturförvaltare
behöver förlänga användningen av befintliga konstruktioner och därigenom minska
utsläppen av växthusgaser samt optimera användningen av ekonomiska resurser.
För att uppnå dessa mål måste bedömningsförfaranden kvantifiera osäkerheter och
ge stöd för rationella strategier avseende inspektion, provning, övervakning,
planering av åtgärder och dimensionering.
Denna avhandling presenterar ett övergripande ramverk för systemtillförlitlighet
och probabilistisk uppdatering vid livslängdsbedömning av betongbroar som
påverkas av korrosion. Ramverket integrerar probabilistisk modellering med data
från inspektioner, provningar och övervakning, vilket möjliggör formulering av
modeller som återspeglar den faktiska nedbrytningen.
Det föreslagna ramverket vidareutvecklar befintliga metoder genom att modellera
broar som nästlade system av brottmoder, tvärsnitt och konstruktionselement,
samtidigt som beroenden och samverkan mellan olika nedbrytningsmekanismer
beaktas. Genom att använda överlevnadsinformation och heterogena datakällor kan
probabilistiska uppskattningar av den återstående livslängden erhållas, vilka på ett
meningsfullt sätt kan ligga till grund för prioritering och planering av
underhållsåtgärder.
Ramverkets tillämpbarhet och generalitet demonstreras genom två fallstudier av ett
efterspänt respektive ett armerat betongbrodäck. För efterspända betongbroar
beaktar ramverket förekomsten av defekter och rumsligt varierande korrosion och
visar hur probabilistisk modellering kan förbättra uppskattningarna av livslängden
och optimera underhållsplaneringen. För armerade betongbroar införlivas
övervakningsdata genom bayesiansk uppdatering, vilket minskar osäkerheten och
synliggör möjligheten till en förlängning av livslängden som deterministiska
bedömningar eller bedömningar baserade enbart på a priori-information inte kunde
påvisa.
I båda fallen visar känslighetsanalyser och rumsliga analyser att
inspektionsstrategier bör anpassas till nedbrytningens omfattning. Inledningsvis bör
fokus ligga på de mest utnyttjade tvärsnitten, medan inspektionerna successivt bör
utvidgas till att omfatta hela balken i takt med att nedbrytningen sprider sig.
Resultaten stödjer därmed en adaptiv inspektionsplanering som först inriktas på
högt belastade tvärsnitt och därefter gradvis utvidgas till andra områden allteftersom
skadorna fortskrider.
En integrering av de redovisade tillförlitlighetsberäkningarna och resultaten från
känslighetsanalyserna kan ge metodologiska, förvaltningsmässiga och samhälleliga
bidrag genom att främja en datadriven, kostnadseffektiv och hållbar broförvaltning,
samtidigt som en säkerhetsnivå i överensstämmelse med internationella
tillförlitlighetsstandarder upprätthålls.
(Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
https://lup.lub.lu.se/record/f1b25654-75b7-4015-a4b3-d0ddb6cb2c3b
- author
- Celati, Simone
LU
- supervisor
- opponent
-
- Prof. Chen, Jian-Bing, Tongji University, China.
- organization
- alternative title
- Ett ramverk för systemtillförlitlighet, uppdatering och bedömning av återstående livslängd för befintliga betongbroar utsatta för korrosion.
- publishing date
- 2026-10-02
- type
- Thesis
- publication status
- published
- subject
- keywords
- Structural reliability analysis, System reliability, Time dependency, Post-tensioned bridges, Corrosion modelling, Probabilistic models, Inspection campaign, Tendon corrosion, Strukturell tillförlitlighetsanalys, Systemtillförlitlighet, Tidsberoende, Efterspända broar, Korrosionsmodellering, Probabilistiska modeller, Inspektionskampanj, Spännkabelkorrosion
- pages
- 193 pages
- publisher
- Department of Building and Environmental Technology, Lund University
- defense location
- Pisa University, Pisa, Largo Lucio Lazzarino 1, Italy
- defense date
- 2026-10-02 09:00:00
- ISBN
- 978-91-90202-73-9
- 978-91-90202-74-6
- project
- A framework for system reliability updating and residual life assessment of existing concrete bridges subjected to corrosion
- language
- English
- LU publication?
- yes
- id
- f1b25654-75b7-4015-a4b3-d0ddb6cb2c3b
- date added to LUP
- 2026-07-21 12:42:57
- date last changed
- 2026-09-10 09:14:19
@phdthesis{f1b25654-75b7-4015-a4b3-d0ddb6cb2c3b,
abstract = {{The growing age of bridge inventories worldwide demands a systematic evaluation of their safety and estimation of their remaining service life. At the same time, the pursuit of sustainability and cost efficiency compels infrastructure managers to prolong the use of existing structures, thereby reducing greenhouse gas emissions and optimising financial resources. To achieve these objectives, assessment procedures must quantify uncertainty and guide rational strategies for inspection, testing, monitoring, intervention planning and design.<br/>This thesis presents a comprehensive system reliability and updating framework for the service-life assessment of concrete bridges affected by corrosion. The framework integrates probabilistic modelling with inspection, testing, and monitoring data, enabling the formulation of models that reflect actual degradation.<br/>The proposed framework advances existing approaches by modelling bridges as nested systems of failure modes, sections, and elements, capturing dependencies and interactions among degradation mechanisms. Using survival information and heterogeneous data sources enables probabilistic estimates of residual life that can meaningfully inform maintenance prioritisation and planning.<br/>The applicability and generality of the framework are demonstrated through two case studies on a post-tensioned and a reinforced concrete deck. For post-tensioned concrete bridges, it captures the occurrence of defects and spatially variable corrosion, demonstrating how probabilistic modelling can refine service-life estimates and optimise maintenance planning. For reinforced concrete bridges, the framework incorporates monitoring data through Bayesian updating, reducing uncertainty and revealing the potential for service-life extension that deterministic or prior assessments could not demonstrate.<br/>In both cases, sensitivity and spatial analyses highlight that inspection strategies should adapt to the extent of degradation: initially focusing on the most utilised sections while, as degradation spreads, progressively involving the entire girder. These results support adaptive inspection planning that focuses first on highly stressed sections and gradually extends to other regions as damage propagates.<br/>Integrating the reliability calculations provided and the sensitivity analysis outcomes can provide methodological, managerial, and societal contributions by promoting data-driven, cost-effective, and sustainable bridge management while maintaining safety consistent with international reliability standards.}},
author = {{Celati, Simone}},
isbn = {{978-91-90202-73-9}},
keywords = {{Structural reliability analysis; System reliability; Time dependency; Post-tensioned bridges; Corrosion modelling; Probabilistic models; Inspection campaign; Tendon corrosion; Strukturell tillförlitlighetsanalys; Systemtillförlitlighet; Tidsberoende; Efterspända broar; Korrosionsmodellering; Probabilistiska modeller; Inspektionskampanj; Spännkabelkorrosion}},
language = {{eng}},
month = {{10}},
publisher = {{Department of Building and Environmental Technology, Lund University}},
school = {{Lund University}},
title = {{A framework for system reliability, updating and residual life assessment of existing concrete bridges subjected to corrosion}},
url = {{https://lup.lub.lu.se/search/files/259886957/e-nailing_ex_Simone-correct.pdf}},
year = {{2026}},
}