Resonanzkatastrophe bei der Takomabrücke

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Animation: Galloping Gertie

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Animation: Torsional Mode

Der Einsturz der Brücke über den Takoma durch Selbsterregungsschwingungen

Die Originalseite von Bo Lou.gibt es leider nicht mehr

Auf dieser finden Sie weitere Videos, sowie Bilder und Links zu den Untersuchungsberichten sowie eine sehr gute Erklärung. Im Folgenden eine kurze Übersetzung der physikalischen Teils der Einführungsseite von LEIFI. Resonance! Resonanz ist das Anwachsen der Amplitude einer elektrischen oder mechanischen Schwingung, ausgelöst durch eine periodisch ausgeübte äußere Kraft, deren Frequenz nahe oder gleich der Eigenfrequenz (natural frequency) des Systems ist.

Bevor die Brücke für den Verkehr öffnete, beobachteten die Anwohner, dass sie bereits bei einem ganz moderaten Wind zu schwingen begann. Das gab ihr den Spitznamen "Galloping Gertie". Am 7. November 1940, brachten Windböen von ca. 60 km/h das Hauptsegment der Tacoma Narrows Bridge (die erst einige Monate für den Verkehr geöffnet war) zum schwingen. Zunächst führte die Brücke eine Querschwingung (transverse mode) mit einer Frequenz von etwa 36 Schwingungen pro Minute und einer Amplitude von etwa 60cm aus. Später ergab sich eine Rotationsschwingung ( torsional (twisting) mode) in zwei Segmenten mit einer Frequenz von etwa 14 Schwingungen pro Minute. Diese neue Schwingung brachte die Brücke zum Einsturz.

Die Brücke war nach dem besten Stand des damaligen Ingenieurswissen gebaut. Was ging schief?

Wissenschaftler des California Institute of Technology fanden die Antwort mit Hilfe von Messungen im Windkanal. Es war die Wirbelbildung (vortex) des Windes an der Brücke, die deren Schwingungsamplitude auf Grund der Selbsterregung über die Belastungsgrenze ansteigen ließ. So wie die Brücke zu schwingen begann, erhöhte der Wind die Schwingungsamplitude und brachte die Brücke kurz nach 11 Uhr zum Einsturz.

Die Brücke wurde in der selben Struktur aber mit anderen Versteifungen wieder aufgebaut, die die Eigenfrequenz der Brückensegmente veränderte. Seit diesem Vorfall darf keine Brücke mehr ohne entsprechende Windkanaltests gebaut werden.

Hinweis:
Eine relativ umfangreiches Video (8 MB) über den Brückeneinsturz gibt es unter der Adresse: http://www.youtube.com/watch?v=3mclp9QmCGs