Was die Millennium Bridge ins Wanken brachte

Kurz nach der Fertigstellung im Jahr 2000 versetzten Fußgänger die Millennium Bridge in London in heftige Schwingungen. Erst der Einbau von zusätzlichen Dämpfern behob das Problem. Verantwortlich für das Resonanzphänomen waren im Gleichtakt schreitende Passanten. Das synchrone Verhalten der Fußgänger wurde durch anfänglich noch sehr schwache Schwingungen der Brücke ausgelöst. Wie es zu diesen ersten Schwingungen kam, konnte bislang nicht schlüssig erklärt werden. Um diese Wissenslücke zu schließen, modellierten Physiker nun die von Fußgängern auf die Brücke ausgeübten Kräfte detaillierter als in allen vorherigen Studien. In der Fachzeitschrift „Science Advances“ berichten sie, dass eine Mindestzahl von Passanten nötig war, um die allererste Schwingung anzuregen. Ihr Modell könnte nun Architekten dazu dienen, Brücken und auch Fußballstadien stabiler zu konstruieren.

„Wenn Fußgänger über eine Brücke gehen, interagieren sie mit dem Bauwerk und können es in Schwingung versetzen“, erklärt Igor Belykh von der Georgia State University in Atlanta. Um diesen Effekt besser zu verstehen, entwickelte er mit seinen Kollegen ein spezielles mathematisches Modell. In diesem berücksichtigte das Team die Kräfte, die Passanten über ihre Füße bei jedem Schritt auf eine Brückenkonstruktion ausüben. Für den Fall der Millennium Bridge sieht Belykh die bisherige Erklärung, dass eine Passantengruppe zufällig im Gleichtakt lief, als zu einfach an. Im neuen Modell verknüpften die Wissenschaftler deshalb die ausgeübten Kräfte der als Oszillatoren beschriebenen Passanten mit der Brückenkonstruktion und deren baulich gegebenen Resonanzfrequenz. Dabei konzentrierten sich die Forscher vor allem auf die Erzeugung der ersten schwachen Schwingungen. Das Ergebnis: Erst ab 165 Personen reichen die über die Füße wirkenden Kräfte aus, um die Brücke in London überhaupt in eine kleine Anfangsschwingung zu versetzen.

Das detaillierte Fußgängermodell könnte laut Belykh und seinen Kollegen in der Planungsphase von Brücken und anderen Bauwerken für virtuelle „Crashtests“ eingesetzt werden. Mit zusätzlichen dämpfenden Elementen ließe sich eine Resonanzfrequenz, die allein durch Fußgänger angeregt werden kann, von vornherein in einen anderen ungefährlichen Frequenzbereich verschieben. Mit ihrem neuen Modell wollen die Forscher nun weitere Brücken – etwa am Flughafen in Singapur oder die Clifton Suspension Bridge in Bristol – analysieren, die bereits verdächtige Schwingungen zeigten. Auch in der Bauplanung von Fußballstadien, in denen sich Fangruppen gerne im Gleichtakt bewegen, sehen die Wissenschaftler ein wichtiges Anwendungsfeld.