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Brückenausfälle können zu Verletzungen, dem Verlust von Menschenleben und Sachschäden in einer Größenordnung führen, die Flugzeugabstürzen, Terroranschlägen und Naturkatastrophen gleichkommt. Deshalb nehmen Brückenkonstrukteure, Ingenieure, Bauarbeiter, Manager und Inspektoren ihre Aufgabe so ernst. Der beste Weg, um katastrophale Unfälle zu verhindern, besteht darin, die Faktoren zu verstehen, die zum Versagen von Brücken führen.

In diesem Artikel werden wir die Hauptgründe aufzeigen, warum Brücken ernsthaft beeinträchtigt werden oder einstürzen, zusammen mit den Lektionen, die wir von Brücken gelernt haben, die aufgrund dieser Faktoren versagt haben – oder trotz dieser Faktoren überlebt haben.

Eine Kombination von Problemen

Der Hauptgrund für das Versagen von Brücken ist eine Mischung von Faktoren, die, wenn sie einzeln auftreten, nicht zum Einsturz einer Brücke führen würden. Wenn sie jedoch alle auf einmal auftreten, haben sie verheerende Folgen. So reichen beispielsweise starke Winde vielleicht nicht aus, um ein Bauwerk zum Einsturz zu bringen. Wenn sie jedoch auf eine Brücke treffen, die strukturell zu steif ist, um ihnen standzuhalten, führt dies zum Einsturz.

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Die I-35W Mississippi River Bridge in Minneapolis brach im August 2007 plötzlich zusammen. Die offizielle Ursache wurde auf zu dünne Knotenbleche zurückgeführt, die entlang einer Nietlinie rissen.

Das Problem: Die Platten hatten 40 Jahre lang ein hohes Verkehrsaufkommen ausgehalten. Es bedurfte eines sekundären Faktors, nämlich des zusätzlichen Gewichts von Baumaschinen, die zu dieser Zeit auf der Brücke abgestellt waren, um das Versagen auszulösen. Ein weiterer Faktor: Die Abnutzung der Zwickel wurde vor Baubeginn nicht erkannt, weil Brückeninspektionen versäumt worden waren.

Die Zwickel wurden zwar als Hauptursache für den verheerenden Einsturz identifiziert, aber in Wirklichkeit waren es drei verschiedene Faktoren, die zusammenkamen und zur Katastrophe führten.

Infrastrukturprobleme

Nach Angaben der American Society of Civil Engineers erhalten die Brücken in den Vereinigten Staaten eine mittelmäßige C+-Bewertung für Wartung und Sicherheit. Die Gruppe berichtet, dass eine von neun Brücken im Lande als strukturell mangelhaft gilt und das Durchschnittsalter der Brücken in den USA mehr als 42 Jahre beträgt. Das Alter und der Zustand der Brücken ist ein Faktor, der zu vielen Einstürzen in jüngster Zeit beigetragen hat.

Ein positiver Aspekt: Moderne Geräte machen es einfacher, alternde Brücken auf mögliche strukturelle Probleme hin zu untersuchen.

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Der Einsturz der I-5 Skagit River Bridge im Jahr 2013 wird auf infrastrukturbezogene Probleme zurückgeführt. Eine übergroße Ladung, die die Brücke überquerte, war die unmittelbare Ursache des Vorfalls. Für Fahrzeuge, die die Brücke überqueren, galten jedoch zahlreiche Gewichtsbeschränkungen, da die Brücke für funktional veraltet erklärt worden war. Dies bedeutet, dass die Brücke nicht über die redundanten Strukturen und Systeme verfügte, die bei einem heutigen Neubau erforderlich wären. Der Einsturz hätte vermieden werden können, wenn die veraltete Brücke früher verstärkt oder ersetzt worden wäre, um die heutigen Sicherheitsstandards zu nutzen.

Überschwemmungen

Der heutige Klimawandel und die damit verbundenen extremen Wetterereignisse führen zu mehr hochwasserbedingten Schäden an Brücken. Die meisten dieser Schäden sind nicht allein auf das Wasser zurückzuführen. Während eines Hochwassers nehmen die Flüsse Trümmer wie Bäume und Gebäude auf und drücken sie mit voller Wucht gegen die Brücken, so dass ihre Fundamente weggespült werden und Strukturelemente auseinanderbrechen.

Die meisten Einstürze ereignen sich an Brücken, die vor langer Zeit gebaut wurden, als die Konstrukteure sich nicht vorstellen konnten, welchen Stürmen sie heute standhalten müssen. Dies ist eine wichtige Lektion für Brückenkonstrukteure. Sie müssen Bauwerke und Entwässerungssysteme planen, die den heutigen Stürmen und potenziell noch extremeren Wetterereignissen in der Zukunft standhalten können.

Extreme Regenfälle in Louisiana im August 2016 verursachten erhebliche hochwasserbedingte Schäden an den Brücken Walsh Road und Stein Road in Tangipahoa Parish, so dass sie ersetzt werden mussten. Auch wenn die Schäden an zwei relativ kleinen lokalen Brücken auf den ersten Blick nicht groß erscheinen, hatte ihre mehr als sechsmonatige Sperrung erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen auf ein Gebiet, das sich von den Unwettern erholt. Eine bessere Planung, einschließlich der Installation von Entwässerungssystemen oder der Verstärkung von Brücken, hätte diese Schwierigkeiten vermeiden können.

Unerwartete Ereignisse

Wenn es um den Brückenbau geht, wissen Ingenieure einfach nicht, was sie nicht wissen. Zahllose Brückenunfälle ereignen sich aufgrund unvorhergesehener baulicher oder konstruktionsbedingter Probleme.

Die gute Nachricht: Computermodellierung und -tests erleichtern es den Ingenieuren, zu sehen, wie verschiedene Brückenkonstruktionen einer breiten Palette und Kombination unerwarteter Bedingungen standhalten. Dennoch ist es wichtig, Redundanzen in die Konstruktionen einzubauen, um unbekannte Möglichkeiten in der sich schnell verändernden Welt von heute abzudecken.

Die Tsing Ma Bridge in Hongkong gehört zu den längsten Hängebrücken der Welt. Sie wurde in einem Gebiet gebaut, das Erdbeben, extremen Winden, rauem Wasser und Taifunen ausgesetzt ist. Vor ihrer Fertigstellung im Jahr 1997 wurden umfangreiche Modell-, Windkanal- und Computertests durchgeführt. Dies führte zu Innovationen, die den Entwurf dieser und anderer Brücken verbesserten.

Unfälle

Ob ein Lkw einen Stützpfeiler rammt, ein Zug von den Gleisen stürzt oder ein Boot gegen ein Fundament prallt, Unfälle sind einer der Hauptgründe, warum Brücken beschädigt werden oder einstürzen. Brückeningenieure müssen für alle Arten von Unfällen planen, auch für solche, die von heutigen Fahrzeugen verursacht werden, sowie für solche, die von fahrerlosen Autos, größeren Hochseetankern und Kreuzfahrtschiffen verursacht werden, sowie für pilotenlose Drohnen, die in naher und ferner Zukunft Auswirkungen auf Brücken haben könnten.

Im Jahr 1982 startete ein Flugzeug vom Washington National Airport und stürzte 30 Sekunden später auf die 14th Street Bridge über den Potomac River. Sieben Fahrzeuge, die auf der Brücke unterwegs waren, wurden von dem Flugzeug getroffen und stürzten in das eiskalte Wasser. Vier der darin befindlichen Personen kamen ums Leben. Erstaunlicherweise wurden nur einige hundert Meter Leitplanke und Mauer von der Seite der Brücke weggerissen. Dies ist ein Beweis für die Stärke und Haltbarkeit des Bauwerks, das in der Nähe des Zentrums der Hauptstadt der Nation errichtet wurde.

Bauzwischenfälle

Einige Brücken werden nie fertiggestellt. Sie versagen während des Baus. Eine Lehre aus diesen Vorfällen ist, dass es für Konstrukteure und Ingenieure genauso wichtig ist, alle Aspekte der Brückenkonstruktion Schritt für Schritt zu planen und die Auswirkungen neuer Phasen auf die vorhergehenden zu analysieren.

Im Jahr 1907 kam es während der Bauarbeiten in Quebec City zu einem epischen Brückenversagen. Die Konstrukteure wurden darauf aufmerksam gemacht, dass die Brücke zu einem bestimmten Zeitpunkt des Bauprozesses acht Millionen Pfund mehr wog als geschätzt. Sie hielten dies jedoch nicht für wichtig genug, um Anpassungen vorzunehmen. Bald darauf bemerkte ein Ingenieur vor Ort, dass sich der Rahmen der Brücke zu biegen begann. Andere nahmen diese Beobachtung jedoch nicht ernst und behaupteten, die Träger seien bereits bei der Lieferung verbogen gewesen. Wenig später stürzte das Bauwerk ein, wobei 75 Arbeiter ums Leben kamen. Schließlich stellte sich heraus, dass die Balken der zusätzlichen Last von acht Millionen Pfund nicht gewachsen waren.

Konstruktions- und Fertigungsfehler

Es kommt zwar immer seltener vor, aber einige Brücken versagen fast unmittelbar nach ihrer Fertigstellung aufgrund von Konstruktionsfehlern oder Problemen mit den beim Bau verwendeten Materialien. Häufige Inspektionen während des gesamten Bauprozesses können den „frischen Blick“ liefern, der nötig ist, um Probleme und Mängel zu erkennen. Neue Arten von Hebebühnen und Ausrüstungen erleichtern den Inspektoren den Zugang zu schwer zugänglichen Bereichen von Brücken.

Die ursprüngliche Tacoma Narrows Bridge wurde 1940 zur Überquerung des Puget Sound im Staat Washington gebaut. Knapp vier Monate nach ihrer Eröffnung stürzte sie ins Wasser ein.

Das Problem: Ein Konstruktionsfehler führte dazu, dass sie im Wind heftig wackelte. Diese Brücke, die den Spitznamen „Galloping Gertie“ trug, wird immer noch in Lehrbüchern für Ingenieure als Beispiel dafür angeführt, wie man Brücken in extremen Windgebieten NICHT bauen sollte.

Brände

Brände trugen früher viel mehr zu Brückenbrüchen bei als heute. Der Grund? Früher wurden mehr Brücken aus leicht brennbarem Holz gebaut. Dennoch können Brände immer noch eine Brücke zerstören, vor allem, wenn Lkw- oder Tankwagenkollisionen oder Bauzwischenfälle zu extrem heißen Bränden führen, die Stahlinfrastrukturkomponenten schmelzen können.

Eine Maßnahme, die Brückenkonstrukteure ergreifen können, um überhitzte Feuersbrünste zu vermeiden, besteht darin, die Versorgungsinfrastruktur auf Brücken zu schützen, damit Gas-, Strom- und andere Versorgungsleitungen keine Brände verursachen oder zu ihnen beitragen.

Die 88 Jahre alte Liberty Bridge in Pittsburgh wurde im September 2016 durch einen baubedingten Brand erheblich beschädigt. Ein Funke von einem Schweißgerät entzündete ein hochentzündliches Kunststoffrohr und eine Plane. Das Feuer brannte so heiß, dass es einen kritischen 30 Fuß langen Stahlträger um sechs Zentimeter verbog. Der Träger war für eine Druckbelastung von 2,4 Millionen Pfund ausgelegt. Verstrebungen und Wärmebehandlungen waren erforderlich, um ihn wieder in die richtige Position zu bringen.

Erdbeben

Obwohl selten, können durch Erdbeben verursachte Brückeneinstürze verheerend sein. Schwankende Brücken oder eingestürzte Brückenteile sind oft die ikonischen Video- und Standbilder, die die Menschen mit diesen gewaltigen Naturereignissen in Verbindung bringen. Brückeningenieure haben Wege gefunden, Brücken zu bauen, die leichter sind und an den richtigen Stellen Flexibilität und Steifigkeit bieten, so dass sie selbst die heftigsten Beben und Nachbeben überstehen.

Wer kann die Bilder des Abschnitts der San Francisco – Oakland Bay Bridge vergessen, der während des Loma Prieta-Erdbebens im Jahr 1989 einstürzte? Glücklicherweise kostete der verheerende Einsturz nur ein einziges Menschenleben. Nach dem Vorfall wurden erhebliche Verbesserungen an der Brücke vorgenommen, u. a. wurden die vorhandenen Nieten durch stärkere, wärmebehandelte Nieten ersetzt und diagonale Kastenträger hinzugefügt, die für mehr Stabilität sorgen, wenn die Brücke seitlich schwankt.

Schlussfolgerung

Der beste Weg, Brückenbrüche zu vermeiden, besteht darin, sie zu erwarten und für sie zu planen. Nur so kann die Öffentlichkeit vor Verletzungen, dem Verlust von Menschenleben, Sachschäden und Zerstörung geschützt werden. Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Sie die Qualität von Brückendesign und -bau verbessern können? Wenden Sie sich an einen erfahrenen Anbieter, um mehr darüber zu erfahren.