Wann Brücken zu schwingen beginnen

Fußgänger können selbst tonnenschwere Brücken in Bewegung versetzen. Bei Gleichschritt kann daraus sogar ein heftiges Schwanken werden. Welche Menschenmenge dafür ausreicht, haben Forscher nun berechnet.

London, 10. Juni 2000: Die Millennium Bridge wird feierlich eröffnet. 325 Meter lang ist die vom Stararchitekten Norman Foster entworfene Fußgängerbrücke über die Themse. Sie verbindet die St.-Pauls-Kathedrale mit der Tate Gallery of Modern Art.

Die Studie

„Foot force models of crowd dynamics on a wobbly bridge“, Science Advances, 10.11.2017

Dann passierte etwas, womit keiner gerechnet hatte: Als Scharen von Fußgängern auf die elegante Hängekonstruktion drängten, begann sie zu schwingen. Zuerst nur ganz leicht, dann wurden die Schwankungen immer heftiger. Viele Besucher konnten sich kaum mehr auf den Beinen halten. Verletzt wurde niemand, aber schon zwei Tage nach der Eröffnung wurde „The wobbly bridge“ wieder gesperrt.

Menschlicher Störfaktor

Wie nachfolgende Analysen ergaben, dürfte der menschliche Faktor eine entscheidende Rolle gespielt haben. Bewegliche Brückenkonstruktionen besitzen eine bestimmte Eigenfrequenz, im Fall der Millennium Bridge ist sie fatalerweise jener des menschlichen Gangs recht ähnlich.

die Londoner Millennium Bridge
AP Photo/Kirsty Wigglesworth
Die Londoner Millennium Bridge

Wohl unbewusst sind die Fußgänger gewissermaßen in Gleichschritt mit der Brücke und folglich auch untereinander verfallen. Das Bauwerk schwankte in der Folge immer heftiger. Zu diesem Schluss kamen Forscher um Steven Strogatz von der Cornell University, nachdem sie im Dezember 2000 auf der gesperrten Brücke Experimente mit Fußgängern durchgeführt hatten.

Schwankung durch Gleichklang

Die Millennium Bridge ist kein Einzelfall - immer wieder kommt es vor, dass nach allen bekannten Standards gebaute Brücken zu schwingen beginnen. Um besser zu verstehen, was dabei passiert, und um dem Phänomen besser vorbeugen zu können, haben die Forscher um Igor Belykh von der Georgia State University nun zwei mathematische Modelle entwickelt.

Sie bestätigen, dass - im Fall der immerhin 113 Tonnen schweren Millennium Bridge - tatsächlich der Gleichklang der Menge mit der Brücke zu den extremen Schwankungen geführt hat. Die Synchronisierung reiche aber nicht aus, um zu erklären, warum die Brücke überhaupt zu schwingen anfing. Laut den Forschern könnten kleine unwillkürliche Anpassungen beim Gehen, etwa die Änderung der Schrittlänge, den entscheidenden Anstoß gegeben haben.

Schwingungen vorbeugen

Was die beiden Modelle noch ergaben: Offenbar gibt es einen bestimmten Schwellenwert, ab dem eine Brücke von Fußgängern überhaupt zum Schwingen gebracht werden kann. Bei der Millennium Bridge sind das etwa 160 Personen - das ist nicht sehr viel, wenn man bedenkt, dass sich am Eröffnungstag bis zu 2.000 Menschen gleichzeitig auf ihr aufgehalten haben. Der von Belykhs Team nun berechnete Wert entspricht im Übrigen ungefähr jenem, den die Forscher um Strogartz bei ihren Experimenten ermittelt hatten.

Die mathematischen Modelle sollen Brückendesignern in Zukunft helfen, weniger schwingungsanfällige Konstruktionen zu entwerfen, indem sie den Faktor Mensch mitberechnen. Bei der Londoner Millennium Bridge wurden jedenfalls nach der Sperre zusätzliche Stoßdämpfer eingebaut, bevor sie zwei Jahre später als geplant dann endgültig eröffnet werden konnte.

Eva Obermüller, science.ORF.at

Mehr zum Thema