Featured image By Martha T (05-23-13 Skagit Bridge Collapse) , via Wikimedia Commons

Brosvigt kan føre til personskader, tab af menneskeliv og skader på ejendom i samme omfang som flystyrt, terrorangreb og naturkatastrofer. Det er derfor, at brodesignere, ingeniører, bygningsarbejdere, ledere og inspektører tager deres arbejde så alvorligt. Den bedste måde for dem at forhindre katastrofale ulykker på er at forstå de faktorer, der får broer til at svigte.

I denne artikel afslører vi de vigtigste årsager til, at broer bliver alvorligt beskadiget eller kollapser, sammen med erfaringer fra broer, der svigtede på grund af – eller overlevede på trods af – disse faktorer.

En kombination af problemer

Den vigtigste årsag til, at broer svigter, er en blanding af faktorer, der, hvis de skete hver for sig, ikke ville få en bro til at kollapse. Men når de finder sted på én gang, resulterer de i ødelæggende konsekvenser. F.eks. er kraftige vindstød måske ikke nok til at få en konstruktion til at styrte sammen. Men når de rammer en bro, der strukturelt er for stiv til at kunne modstå dem, fører det til sammenbrud.

By Mike Wills (Flickr) , via Wikimedia Commons

I-35W Mississippi River Bridge i Minneapolis kollapsede pludselig i august 2007. Den officielle årsag blev tilskrevet knækplader, der var for tynde og rev langs en linje af nitter.

Spørgsmålet: Pladerne havde i 40 år båret en stor trafikmængde. Det krævede en sekundær faktor, nemlig den ekstra vægt fra byggeudstyr, der var parkeret på broen på det tidspunkt, for at udløse bruddet. En anden medvirkende faktor: Sliddet på brofagene var ikke blevet identificeret, før byggeriet blev påbegyndt, fordi broinspektioner var blevet overset.

Så selv om brofagene blev identificeret som den grundlæggende årsag til dette ødelæggende sammenbrud, var det i virkeligheden tre separate faktorer, der tilsammen førte til katastrofen.

Infrastrukturproblemer

I henhold til American Society of Civil Engineers får broer i USA en middelmådig C+-rating for vedligeholdelse og sikkerhed. Gruppen rapporterer, at en ud af ni broer i landet betragtes som strukturelt mangelfuld, og at den gennemsnitlige alder af broer i USA er mere end 42 år gammel. Broernes alder og tilstand er en medvirkende faktor til mange nylige sammenstyrtninger.

En positiv ting: Moderne udstyr gør det lettere at inspicere aldrende broer for at se efter potentielle strukturelle problemer.

Image By Martha T (05-23-13 Skagit Bridge Collapse) , via Wikimedia Commons

Sammenstyrtningen af I-5 Skagit River Bridge i 2013 får skylden for infrastrukturrelaterede problemer. En overdimensioneret last, der krydsede broen, var den umiddelbare årsag til ulykken. Der var imidlertid blevet indført mange vægtbegrænsninger på køretøjer, der passerer broen, fordi den var blevet erklæret funktionelt forældet. Denne betegnelse betyder, at den ikke havde de redundante strukturer og systemer, som ville være nødvendige, hvis broen skulle bygges i dag. Sammenstyrtningen kunne have været undgået, hvis den forældede bro var blevet forstærket eller udskiftet tidligere og havde udnyttet nutidens sikrere standarder.

Oversvømmelser

Det skiftende klima i dag og de ekstreme vejrbegivenheder, der er forbundet med det, forårsager flere oversvømmelsesrelaterede skader på broer. De fleste af disse skader skyldes ikke kun vand. Under en oversvømmelse samler floder affald, f.eks. træer og bygninger, op og skubber det kraftigt mod broer, hvilket får deres fundamenter til at blive skyllet væk og strukturelle elementer til at bryde fra hinanden.

De fleste sammenstyrtninger sker på broer, der blev bygget for længe siden, hvor konstruktørerne ikke kunne forestille sig den slags storme, som de skulle modstå i dag. Dette er en vigtig lektie for brodesignere. De skal planlægge konstruktioner og afløbssystemer, der kan holde til nutidens storme og potentielt mere ekstreme vejrbegivenheder i fremtiden.

Ekstrem regn i Louisiana i august 2016 forårsagede betydelige oversvømmelsesrelaterede skader på Walsh Road- og Stein Road-broerne i Tangipahoa Parish, hvilket krævede, at de blev udskiftet. Selv om skader på to relativt små lokale broer måske ikke synes at være et stort problem, forårsagede lukningen af dem i mere end seks måneder betydelige økonomiske konsekvenser for et område, der var ved at komme sig efter stormene. Bedre planlægning, herunder installation af stormdrænsystemer eller broforstærkninger, kunne have undgået disse problemer.

Uventede begivenheder

Når det drejer sig om brobygning, ved ingeniører simpelthen ikke, hvad de ikke ved. Utallige brohændelser sker på grund af uventede strukturelle eller konstruktionsrelaterede problemer.

Den gode nyhed: Computermodellering og -testning gør det lettere for ingeniører at se, hvordan forskellige brokonstruktioner klarer sig i forhold til en bred vifte og kombination af uventede forhold. Alligevel er det vigtigt for dem at indbygge redundanser i konstruktionerne for at dække ukendte muligheder i dagens hurtigt skiftende verden.

Tsing Ma Bridge i Hongkong er blandt de længste hængebroer i verden. Den er bygget på et sted, der er udsat for jordskælv, ekstreme vinde, uvejr og tyfoner. Inden den blev færdiggjort i 1997, gennemgik den omfattende test i skalamodel, vindtunnel og computerprøvninger. Dette førte til innovationer, der forbedrede designet af denne bro og andre, der fulgte efter.

Ulykker

Hvad enten det er en lastbil, der rammer en støttepæl, et tog, der falder af sporene, eller en båd, der kolliderer med et fundament, er ulykker en af de vigtigste årsager til, at broer beskadiges eller styrter ned. Broingeniører skal planlægge for alle typer hændelser, herunder dem, der forårsages af køretøjer, der findes i dag, og dem som førerløse biler, større oceantankskibe og krydstogtskibe samt pilotløse droner, der kan påvirke broer i den nære og fjerne fremtid.

Tilbage i 1982 lettede et fly fra Washington National Airport og styrtede 30 sekunder senere ned i 14th Street Bridge over Potomac-floden. Syv køretøjer, der færdedes på broen, blev ramt af flyet og kørte ned i det iskolde vand. Fire af de personer, der befandt sig i dem, omkom. Utroligt nok blev kun nogle få hundrede meter rækværk og mur fra siden af broen revet væk. Dette er et bevis på styrken og holdbarheden af den struktur, der blev bygget tæt på centrum af nationens hovedstad.

Byggehændelser

Nogle broer når aldrig at blive færdige. De fejler under opførelsen. En lærestreg fra disse hændelser er, at det er lige så vigtigt for designere og ingeniører at planlægge alle aspekter af brobyggeriet trin for trin og analysere den indvirkning, som nye faser vil have på tidligere faser.

Tilbage i 1907 skete der et episk brosvigt under byggeriet i Quebec City. Designerne blev gjort opmærksom på, at broen vejede otte millioner pund mere end anslået på et bestemt tidspunkt i byggeprocessen. De mente dog ikke, at dette var et tilstrækkeligt stort problem til at foretage justeringer. Kort tid efter bemærkede en ingeniør på stedet, at broens ramme var begyndt at bøje. Andre tog imidlertid ikke observationen alvorligt og hævdede, at bjælkerne var bøjet, da de blev leveret. Ikke længe efter styrtede konstruktionen sammen og dræbte 75 arbejdere. I sidste ende blev det fastslået, at bjælkerne ikke var tilstrækkelige til at håndtere den ekstra belastning på otte millioner pund.

Designfejl og fremstillingsfejl

Selv om det er blevet mindre almindeligt end tidligere, fejler nogle broer næsten umiddelbart efter færdiggørelsen på grund af betydelige designfejl eller problemer i forbindelse med de materialer, der er anvendt i byggeprocessen. Hyppige inspektioner under hele byggeprocessen kan give de “friske øjne”, der er nødvendige for at identificere problemer og fejl. Nye typer af lifte og udstyr gør det lettere for inspektørerne at komme til svært tilgængelige områder af broer.

Den oprindelige Tacoma Narrows-bro blev bygget for at krydse Puget-sund i staten Washington i 1940. Næsten fire måneder efter åbningen for offentligheden kollapsede den ned i vandet.

Spørgsmålet: En konstruktionsfejl fik den til at ryste voldsomt i vinden. Denne bro, der fik tilnavnet “Galloping Gertie”, nævnes stadig i ingeniørlærebøger som et eksempel på, hvordan man IKKE skal bygge broer i områder med ekstrem vind.

Brande

Brande var tidligere en langt større årsag til brosvigt, end de er i dag. Årsagen? Tidligere blev flere broer bygget af letantændeligt træ. Brande kan dog stadig ødelægge en bro, især når sammenstød med lastbiler eller tankbiler eller byggeuheld fører til ekstremt varme brande, der kan smelte infrastrukturkomponenter af stål.

Et skridt, som brodesignere kan tage for at undgå overophedede brande, er at beskytte forsyningsinfrastruktur på broer, så gas-, el- og andre forsyningsledninger ikke forårsager eller bidrager til brande.

Den 88 år gamle Liberty Bridge i Pittsburgh blev beskadiget betydeligt på grund af en byggerirelateret brand i september 2016. En gnist fra et svejseværktøj antændte et meget brandfarligt plastrør og en presenning. Branden brændte så varmt, at den bøjede en kritisk 30 fod lang stålbjælke med seks tommer. Bjælken var konstrueret til at bære et tryk på 2,4 millioner pund. Det var nødvendigt med afstivning og varmebehandlinger for at bringe den tilbage på strukturel linje.

Jordskælv

Og selv om det er sjældent, kan brokollaps forårsaget af jordskælv være ødelæggende. Svajende broer eller sammenstyrtede dele af dem er ofte de ikoniske video- og stillbilleder, som folk forbinder med disse kraftige naturbegivenheder. Broingeniører har fundet måder at bygge broer på, som er lettere og tilføjer fleksibilitet og stivhed på de rigtige steder, hvilket gør det mere sandsynligt, at de kan overleve selv de voldsomste jordskælv og efterskælv.

Hvem kan glemme billederne af den del af San Francisco – Oakland Bay Bridge, der styrtede sammen under Loma Prieta jordskælvet i 1989? Heldigvis kostede det ødelæggende sammenstyrtning kun et enkelt liv. Der blev foretaget betydelige forbedringer af broen efter hændelsen, herunder udskiftning af eksisterende nitter med stærkere, varmebehandlede nitter og tilføjelse af diagonale kassebjælker, der giver større stabilitet, når broen svajer fra side til side.

Slutning

Den bedste måde at undgå brosvigt på er at forvente, at det sker, og at planlægge for det. Det er den eneste måde at beskytte offentligheden mod personskader, tab af menneskeliv, materielle skader og ødelæggelser. Er du interesseret i at lære mere om, hvordan man kan forbedre broers design og byggekvalitet? Kontakt en erfaren leverandør for at få mere at vide.