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

Brofel kan leda till skador, dödsfall och materiella skador i samma omfattning som flygplanskrascher, terroristattacker och naturkatastrofer. Det är därför som brokonstruktörer, ingenjörer, byggnadsarbetare, chefer och inspektörer tar sina jobb på så stort allvar. Det bästa sättet för dem att förhindra katastrofala olyckor är att förstå de faktorer som gör att broar misslyckas.

I den här artikeln avslöjar vi de främsta orsakerna till att broar blir allvarligt skadade eller kollapsar, tillsammans med lärdomar från broar som misslyckats på grund av – eller överlevt trots – dessa faktorer.

En kombination av problem

Den främsta orsaken till att broar misslyckas är en blandning av faktorer som om de inträffade var för sig inte skulle få en bro att kollapsa. Men när de inträffar samtidigt leder de till förödande konsekvenser. Till exempel räcker det kanske inte med kraftiga vindar för att få en konstruktion att rasa. Men när de träffar en bro som strukturellt sett är för styv för att stå emot dem leder det till ett sammanbrott.

By Mike Wills (Flickr) , via Wikimedia Commons

The I-35W Mississippi River Bridge i Minneapolis collapsed suddenly in August 2007. Den officiella orsaken till detta tillskrevs gussetplattor som var för tunna och slet sig längs en linje av nitar.

Problemet: Plåtarna hade klarat tung trafik i 40 år. Det krävdes en sekundär faktor, den extra vikten av byggnadsutrustning som stod parkerad på bron vid den tidpunkten, för att utlösa brottet. En annan bidragande orsak: Även om brofästena identifierades som grundorsaken till denna förödande kollaps var det i själva verket tre separata faktorer som tillsammans ledde till katastrofen.

Infrastrukturfrågor

Enligt American Society of Civil Engineers får broar i USA ett mediokert C+-betyg när det gäller underhåll och säkerhet. Gruppen rapporterar att en av nio broar i landet anses vara strukturellt bristfällig och att den genomsnittliga åldern på broarna i USA är mer än 42 år. Broarnas ålder och skick är en bidragande faktor till många av den senaste tidens kollaps.

En positiv sak: Modern utrustning gör det lättare att inspektera åldrande broar för att leta efter potentiella strukturella problem.

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

Kollapsen av I-5 Skagit River Bridge 2013 skylls på infrastrukturrelaterade problem. En överdimensionerad last som korsade bron var den omedelbara orsaken till olyckan. Många viktbegränsningar hade dock införts för fordon som passerade bron eftersom den hade förklarats funktionellt föråldrad. Denna beteckning innebär att den inte hade de redundanta strukturer och system som skulle krävas om bron skulle byggas idag. Kollapsen hade kunnat undvikas om den föråldrade bron hade förstärkts eller bytts ut tidigare och utnyttjat dagens säkrare standarder.

Översvämningar

Dagens förändrade klimat och de extrema väderhändelser som är förknippade med det orsakar fler översvämningsrelaterade skador på broar. De flesta av dessa skador beror inte enbart på vatten. Under en översvämning tar floderna upp skräp, t.ex. träd och byggnader, och trycker det med kraft mot broar, vilket gör att deras fundament sköljs bort och att konstruktionselement bryts isär.

De flesta ras sker på broar som byggdes för länge sedan, när konstruktörerna inte kunde föreställa sig den typ av stormar som de skulle behöva stå emot i dag. Detta är en viktig lärdom för brokonstruktörer. De måste planera konstruktioner och dräneringssystem som kan stå emot dagens stormar och potentiellt mer extrema väderhändelser i framtiden.

Extrema regn i Louisiana i augusti 2016 orsakade betydande översvämningsrelaterade skador på broarna Walsh Road och Stein Road i Tangipahoa Parish, vilket krävde att de byttes ut. Även om skador på två relativt små lokala broar inte kan tyckas vara ett stort problem, orsakade stängningen av dem i mer än sex månader betydande ekonomiska konsekvenser för ett område som återhämtade sig från stormarna. Bättre planering, inklusive installation av system för stormdränering eller förstärkning av broarna, hade kunnat undvika dessa svårigheter.

Oförväntade händelser

När det gäller brobyggande vet ingenjörer helt enkelt inte vad de inte vet. Otaliga broincidenter inträffar på grund av oförutsedda strukturella eller konstruktionsrelaterade problem.

De goda nyheterna: Datormodellering och testning gör det lättare för ingenjörer att se hur olika brokonstruktioner klarar sig mot ett brett spektrum och kombinationer av oväntade förhållanden. Det är ändå viktigt för dem att bygga in redundanser i konstruktionerna för att täcka okända möjligheter i dagens snabbt föränderliga värld.

Tsing Ma Bridge i Hongkong är en av de längsta hängbroarna i världen. Den är byggd på en plats som drabbas av jordbävningar, extrema vindar, grovt vatten och tyfoner. Innan den färdigställdes 1997 genomgick den omfattande skalmodell-, vindtunnel- och datortester. Detta ledde till innovationer som förbättrade utformningen av denna bro och andra som följde.

Olyckor

Oavsett om det är en lastbil som kör in i en stödstolpe, ett tåg som faller av spåren eller en båt som kolliderar med ett fundament, är olyckor en av de främsta orsakerna till att broar skadas eller rasar. Broingenjörer måste planera för alla typer av incidenter, inklusive de som orsakas av fordon som finns idag och sådana som förarlösa bilar, större havstankfartyg och kryssningsfartyg samt pilotlösa drönare som kan påverka broar i en nära och avlägsen framtid.

Redan 1982 lyfte ett flygplan från Washingtons nationalflygplats och 30 sekunder senare kraschade det in i 14th Street Bridge över Potomacfloden. Sju fordon som färdades på bron träffades av planet och körde ner i det iskalla vattnet. Fyra av personerna i dem omkom. Otroligt nog slets endast några hundra meter av räcket och väggen från sidan av bron bort. Detta är ett bevis på styrkan och hållbarheten hos den struktur som byggdes nära centrum av landets huvudstad.

Byggnadsincidenter

En del broar blir aldrig färdiga. De misslyckas under byggtiden. En lärdom från dessa incidenter är att det är lika viktigt för konstruktörer och ingenjörer att planera alla aspekter av brobygget steg för steg och analysera hur nya faser kommer att påverka tidigare faser.

Redan 1907 inträffade ett episkt brohaveri under byggandet i Quebec City. Konstruktörerna blev medvetna om att bron vägde åtta miljoner pund mer än beräknat vid en viss tidpunkt i byggprocessen. De ansåg dock inte att detta var ett tillräckligt stort problem för att göra justeringar. Kort därefter märkte en ingenjör på plats att broens ram började böjas. Andra tog dock inte observationen på allvar och hävdade att balkarna var böjda när de levererades. Inte långt därefter rasade konstruktionen och 75 arbetare omkom. I slutändan fastställdes det att balkarna inte var tillräckliga för att hantera den extra belastningen på åtta miljoner pund.

Designfel och tillverkningsfel

Som det blir mindre vanligt än tidigare, misslyckas vissa broar nästan omedelbart efter att de färdigställts på grund av betydande designfel eller problem i samband med material som används i byggprocessen. Frekventa inspektioner under hela byggprocessen kan ge de ”friska ögon” som behövs för att identifiera problem och brister. Nya typer av liftar och utrustning gör det lättare för inspektörer att komma åt svåråtkomliga områden på broar.

Den ursprungliga Tacoma Narrows Bridge byggdes 1940 för att korsa Puget Sound i delstaten Washington. Nästan fyra månader efter att den öppnats för allmänheten kollapsade den i vattnet.

Frågan: Ett konstruktionsfel gjorde att den skakade våldsamt i vinden. Bron, som fick smeknamnet ”Galloping Gertie”, nämns fortfarande i tekniska läroböcker som ett exempel på hur man INTE ska bygga broar i områden med extrema vindar.

Bränder

Förr var bränder en mycket större orsak till brohaverier än vad de är idag. Orsaken? Fler broar byggdes förr av lättantändligt trä. Bränder kan dock fortfarande förstöra en bro, särskilt när kollisioner med lastbilar eller tankbilar eller byggnadsincidenter leder till extremt heta bränder som kan smälta infrastrukturkomponenter av stål.

Ett steg som brokonstruktörer kan ta för att undvika överhettade eldsvådor är att skydda infrastruktur för försörjningsföretag på broar, så att gas-, el- och andra ledningar för försörjningsföretag inte orsakar eller bidrar till bränder.

Den 88 år gamla Liberty Bridge i Pittsburgh skadades avsevärt på grund av en byggnadsrelaterad brand i september 2016. En gnista från ett svetsverktyg antände ett lättantändligt plaströr och en presenning. Branden brann så varmt att den böjde en kritisk 30 fot lång stålbalk med sex tum. Balken var konstruerad för att klara ett tryck på 2,4 miljoner pund. Det krävdes förband och värmebehandlingar för att få den tillbaka i strukturell linje.

Jordbävningar

Och även om det är sällsynt kan brokollapser orsakade av jordbävningar vara förödande. Svajande broar eller kollapsade delar av dem är ofta de ikoniska video- och stillbilder som människor förknippar med dessa kraftfulla naturhändelser. Broingenjörer har hittat sätt att bygga broar som är lättare och lägger till flexibilitet och styvhet på rätt ställen som gör det mer sannolikt att de överlever även de våldsammaste jordbävningarna och efterskalven.

Vem kan glömma bilderna på avsnittet av San Francisco-Oakland Bay Bridge som föll ner under jordbävningen i Loma Prieta 1989? Lyckligtvis kostade den förödande kollapsen bara ett enda liv. Betydande förbättringar gjordes på bron efter händelsen, bland annat ersattes befintliga nitar med starkare, värmebehandlade nitar och diagonala lådbalkar lades till som ger större stabilitet när bron svänger från sida till sida.

Slutsats

Det bästa sättet att undvika brohaverier är att förvänta sig att de ska inträffa och att planera för dem. Det är det enda sättet att skydda allmänheten från skador, förlust av liv, egendomsskador och förstörelse. Är du intresserad av att lära dig mer om hur man kan förbättra broarnas utformning och konstruktionskvalitet? Kontakta en erfaren leverantör för att få veta mer.