Resonanzkatastrophe durch Selbsterregung bei der Takomabrücke
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Der Einsturz der Brücke über den Takoma durch Selbsterregungsschwingungen
Hinweis: Eine relativ gutes Video über den Brückeneinsturz gibt es unter der Adresse: http://www.youtube.com/watch?v=3mclp9QmCGs verfügbar.
Geschichte
Die erste Tacoma-Narrows-Brücke im Bundesstaat Washington wurde zwischen 1938–1940 als Hängebrücke erbaut. Schon 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 erst vier Monate alten Tacoma Narrows Bridge zum schwingen. Zunächst führte die Brücke eine Querschwingung mit einer Frequenz von etwa 36 Schwingungen pro Minute und einer Amplitude von etwa 60cm aus. Später ergab sich eine Rotationsschwingung in zwei Segmenten mit einer Frequenz von etwa 14 Schwingungen pro Minute. Diese neue Schwingung brachte die Brücke zum Einsturz.
Ursachen für den 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 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.
Konsequenzen
Seit diesem Vorfall darf keine Brücke mehr ohne entsprechende Windkanaltests gebaut werden. Dies soll ähnliche Katastrophen verhindern.