Zahlen, bitte! 854 Meter im Galopp – der Einsturz der Tacoma-Narrows-Brücke
Der spektakuläre Einsturz der ersten Tacoma-Narrows-Bridge gilt bis heute als Mahnung, bei der Planung einer Brücke auch die Windkräfte zu berücksichtigen.
Am 7. November 1940 galoppierte Gertie zum letzten Mal: Unter stärkeren Böen mit einer Wind-Geschwindigkeit von bis zu 18,8 m/s kollabierte die neue Hängebrücke über die Tacoma Narrows, einem Nebenarm der Puget-Sound-Bucht im US-Bundesstaat Washington. Die grazile Brücke war vier Monate vorher eröffnet worden und mit 854 Metern Spannweite die drittlängste Hängebrücke der Welt. Der spektakuläre Einsturz wurde zufällig gefilmt und brachte Ingenieure und Architekten fortan dazu, bei der Brückenplanung auch Dynamik und Windverhältnisse zu berücksichtigen.
Die Hängebrücke wurde am 1. Juli 1940 eröffnet und wurde von den Einheimischen schnell "Galopping Gertie" getauft, da sie bei stärkeren Winden schnell ins Schwanken geriet. "Nachdem die Fachleute ihnen attestiert hatten, dass die Sache sicher sei, betrachteten die Menschen es inzwischen als eine Art Spaß, darauf zu fahren, während die Ingenieure verzweifelt herauszufinden versuchten, wie sich diese Bewegungen würde dämpfen lassen", schreibt Matt Parker in "Damit hat keiner Gerechnet" – seinem Buch über die größten Mathe-Irrtümer der Menschheit. Vielleicht hat es auch Menschen gegeben, die nach der Bekanntschaft mit Galopping Gertie eine ausgeprägte Gephyrophobie entwickelten, auch als Brückenangst bekannt.
Einsturz per Zufall gefilmt
Der Einsturz der Brücke wurde gefilmt, weil der örtliche Kamerahändler Barney Elliot an diesem 7. November mit einem Gehilfen eine neue 16-Millimeter-Kamera mit verschiedenen Farbfilmen ausprobieren wollte. Während die Menschen vor dem Einsturz der Brücke fliehen konnten, und keiner von ihnen zu Schaden kam, wurde Tubby, ein blinder dreibeiniger Cockerspaniel im letzten Auto zurückgelassen, welches die Brücke bis kurz vor ihrem Ende befuhr.
(Bild: UW Digital Collections)
Doch was löste das Unglück aus? Der Hund wurde Opfer des sogenannten aeroelastischen Flatterns, bei dem die Torsionsinstabilität die Brücke in Verbund mit dem Wind in immer heftigere Schwingungen und schließlich zum Einsturz brachte. Der Statiker Frederick Burt Farquharson, der mit seinem Team am Einsturztag die Brücke untersuchte, versuchte Tubby noch zu retten, wurde aber von diesem gebissen und musste umkehren. Als Farquharsons Dog ging Tubby in die Geschichte ein, gehörte aber einer anderen Familie.
Erst Beschwichtigungen und Sicherheitsversprechen
Farquharson, Professor an der Universität von Washington und sein Vermessungsteam hatten zuvor den Nutzern der Brücke öffentlich versichert, dass es völlig sicher sei, über sie zu fahren. Eine Bank warb in Tacoma angeblich sogar mit dem Slogan: "Wir sind so sicher wie die Narrows-Brücke" – Im Nachhinein eine vermessene Aussage. Der Agent einer großen Versicherung leitete die einbezahlte Police für die Brücke in seine eigene Tasche um, da er sich sicher war, dass die Brücke nicht einstürzen konnte. Er wanderte nach dem Einsturz ins Gefängnis.
Jenseits der öffentlichen Sicherheitsbekenntnisse zerbrachen sich zahlreiche Menschen den Kopf darüber, was mit der Brücke los war. Die einfache Erklärung war, dass das Brückengeländer falsch konstruiert war. Für das Geländer hatte der verantwortliche Konstrukteur Leon Moisseiff eine winddurchlässige Drahtverkleidung vorgesehen, doch gebaut wurde es mit Metallplatten, die bei Seitenwind wie Stützsegel wirkten. So konnte das Schwanken der Brücke erklärt werden, unter dem alle Hängebrücken leiden, aber nicht das Buckeln bzw. Galoppieren der Straße in Längsrichtung.
Andere Beispiele für Bauwerk-Instabilität
Torsionsinstabilität nennt man das Phänomen, dass ein Bauwerk dazu neigen kann, sich entlang der Längsachse mittig zu verdrillen. Diese Art der Instabilität wird häufig mit der Resonanzfrequenz verwechselt, die etwa die Millennium Bridge in London ins Wackeln brachte. Beide Phänomene können natürlich zusammen auftreten, wie es das Beispiel des John-Hancock-Tower in Boston zeigt. Nach Fertigstellung des eleganten, verglasten Bauwerkes fielen ab 1976 zahlreiche Glasscheiben aus ihren Fugen. Sie wurden durch Sperrholz-Platten ersetzt, was dem Gebäude den Spitznamen "Sperrholz-Palast" einbrachte.
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Das windanfällige Gebäude fing an, sich so zu verdrehen, dass die Menschen in den oberen Stockwerken seekrank wurden. Der bekannte Ingenieur William LeMessurier ersann ein Dämpfungssystem, das die Torsion auffangen sollte. Es besteht aus zwei jeweils 300 Tonnen schweren Bleimassen, die im 58. Stock des Gebäudes auf Schienen installiert wurden, auf denen sie unabhängig voneinander gleiten können. Die Massen sind über Federn und Stoßdämpfer mit den Trägern des Gebäudes verbunden. Sie können sich gleich gerichtet bewegen und damit Biegungsschwingungen ausgleichen. Bewegen sie sich in entgegengesetzte Richtungen, so werden Torsionsschwingungen gedämpft. Verglichen mit baulichen Maßnahmen zur Verstärkung des Gebäudes war das Dämpfungssystem spottbillig: Es kostete nur 3 Millionen US-Dollar. Allein der Austausch aller Glasfenster kostete 7 Millionen Dollar.
Mehr Sorgfalt bei der Brückenplanung
Die galoppierende Gertie und der Sperrholz-Palast hatten eins gemeinsam. Nach dem Einsturz der Brücke wie nach dem Bau des Hochhauses begann man jeweils mit umfangreichen Modellversuchen, auftretende Windlasten bei Brücken und Häusern im Windkanal zu testen. Die Filmaufnahmen vom Einsturz der Tacoma Narrows-Brücke wurden Generationen von angehenden Architekten und Ingenieuren als Mahnung vorgeführt, was bei der Konstruktion und dem Bau von komplexen Strukturen zu beachten ist. Galopping Gertie trat mit ihrem Einsturz sogar in einem Werbespot auf, mit dem Pioneer 1994 für ein "galoppierresistentes" Autoradio warb.
Die Tacoma Narrows Brücke wurde nach dem Unglück neu errichtet und feierte 1950 die schwingungsfreie Neueröffnung – 2002 kam direkt daneben zur Entlastung eine weitere Brücke hinzu.
Auch wenn seit dem Vorfall nicht in jedem Bau die Windkräfte berücksichtigt wurden: Dem Einsturz der Tacoma Narrows Brücke ist es zu verdanken, dass viele Brücken und Bauwerke heute sturmsicher geplant wurden.
(mawi)
