Der Einsturzunfall ereignete sich erneut. Sollte die Einsäulenpfeilerbrücke aufgegeben werden?

Wichtige Punkte

★ Einsäulenpfeilerbrücken sind aufgrund ihrer eigenen strukturellen Einschränkungen tatsächlich anfälliger für Kippunfälle.

★ Eine einzige Säule ist keine Sünde, sie hat auch viele Vorteile. Der grundlegendste Weg, die Sicherheit zu gewährleisten, besteht darin, das Gerät nicht zu überlasten.

Im vergangenen Jahr 2021 erregte ein Brückenüberschlagsunfall große Aufmerksamkeit: Am Nachmittag des 18. Dezember kippte die Rampenbrücke der Shanghai-Chongqing-Schnellstraße, die in die Daguan-Schnellstraße in der Stadt Ezhou in der Provinz Hubei übergeht, um und forderte 4 Todesopfer und 8 Verletzte. Den damals vor Ort aufgenommenen Fotos zufolge waren Brückendeck und Pfeiler intakt und es gab keine Querschnitte; Das Brückendeck neigte sich zu einer Seite, und in Kombination mit dem einsäuligen Pfeiler kann davon ausgegangen werden, dass es sich um einen typischen Kippunfall handelte.

Der Unfallort. Nach Angaben des Verantwortlichen der Edong Bridge Company befanden sich unter den vier Fahrzeugen, die mit der Brücke zusammenbrachen, drei große Lastwagen. Einer davon war ein 198-Tonnen-Laster, der die Ausrüstung eines Umspannwerks zog, und die beiden Lastwagen am Heck schoben sie. Die drei Fahrzeuge waren durch Pleuelstangen miteinander verbunden. Nach dem Umkippen der Brücke zerbrach der stark überladene LKW in zwei Teile. |China-Nachrichtendienst

Der Überschlagsunfall wurde durch ungleichmäßige Krafteinwirkung auf das Brückendeck (extreme Krafteinwirkung auf einer Seite) verursacht. Die vorherigen Einsturzunfälle der Überführung der Wuxi National Highway 312 und der Harbin Yangmingtan-Brücke wurden aus demselben Grund verursacht. In den letzten zehn Jahren kam es häufig zu Einsturzunfällen bei Brücken mit nur einem Pfeiler, was unter Internetnutzern zu einer Debatte darüber führte, warum es solche Brücken noch gibt. Ist das wirklich kein Designproblem?

Tatsächlich haben sich auch Brückenbauexperten mit diesem Thema befasst. Kurz gesagt: Beim Bau einer Brücke müssen viele Faktoren berücksichtigt werden, und in vielen Fällen ist eine einsäulige Pfeilerbrücke tatsächlich die vernünftigere Wahl. Wenn wir durch die Stadt gehen, sehen wir oft einsäulige Pfeiler auf Viadukten. Das Verstehen einiger Grundkenntnisse im Brückenbau kann uns dabei helfen, Missverständnisse im Zusammenhang mit einsäuligen Pfeilerbrücken zu vermeiden.

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Der Grund, warum Einpfeilerbrücken einsturzgefährdet sind

Eine Einsäulenpfeilerbrücke ist, wie der Name schon sagt, eine Brücke, die in der Mitte nur einen Einsäulenpfeiler verwendet. Die Größe des Brückendecks, das es trägt, ist oft viel größer als die Fläche der Brückenpfeiler, sodass auf beiden Seiten des Brückendecks, insbesondere an den Rändern, leicht sehr große Momente entstehen. Es ist ganz einfach zu verstehen, warum es zu Umkippunfällen kommt.

Bei diesem Vorfall erreichte das Gesamtgewicht der drei Schwerlastwagen und der von ihnen transportierten extragroßen Umspannwerkausrüstung die unglaubliche Summe von 482 Tonnen, was dem 2,45-fachen des Gewichtslimits für Fahrzeuge entspricht, die die Brücke passieren dürfen (197 Tonnen). Darüber hinaus entsprach das Fahrzeug aufgrund der damaligen Wartungsarbeiten an der Brückendecke nicht den Standards für Großraumtransporte und fuhr in der Mitte der Rampe, sondern fuhr stattdessen an die Außenseite der Brücke. Und so geschah die Tragödie.

Ein Flugzeug vom Typ Boeing 747 wiegt etwa 170 Tonnen, und der überladene LKW hat 198 Tonnen erreicht, während die Gewichtsbeschränkung auf den Autobahnen meines Landes 49 Tonnen beträgt. Eine derartige Überlastung kommt selten vor. |TuChong Creative

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Warum bauen wir immer noch einsäulige Pfeilerbrücken?

Warum also wird ein so „gefährliches“ Design immer noch häufig verwendet? Beim Bau und der Konstruktion von Brücken werden vor allem die beiden wichtigsten Faktoren berücksichtigt: Zweck und Kosten. Tatsächlich können die beiden nicht vollständig getrennt werden. Im tatsächlichen Betrieb steht die größtmögliche Kostenreduzierung bei gleichzeitiger Erfüllung des Zwecks im Vordergrund.

Die häufigsten Einsatzgebiete für Einsäulenpfeilerbrücken sind städtische Hochstraßen und der Querabschnitt von Autobahnen. Ersteres erfordert eine Minimierung der Belegung wertvoller Stadtstraßen, während Letzteres eine Minimierung der Enteignung landwirtschaftlicher Flächen erfordert.

Unter der städtischen Hochstraße ragt die einsäulige Pfeilerbrücke nur im Bereich des Pfeilerbereichs in die Fahrbahnoberfläche hinein und bildet lediglich eine zentrale Isolationszone. Gewöhnliche Stadtstraßen können beidseitig angelegt werden, wobei auf jeder Seite höchstens eine halbe Fahrspur geopfert wird. Bei der Verwendung symmetrischer Doppelpfeiler ist nicht nur der Platz in der Mitte der Pfeiler schwer nutzbar, sondern es geht auch auf jeder Seite eine Fahrspur verloren. Doppelpfeiler werden im Allgemeinen nicht gewählt, es sei denn, die darüber liegende Straßenoberfläche ist extrem breit (um die darunter liegende Autobahn zu kreuzen).

Einsäulige Pfeiler werden häufig bei Hochstraßen in Städten verwendet und nehmen eine kleinere Fläche ein. |TuChong Creative

An den Kreuzungspunkten der Schnellstraßen können einige Brückenpfeiler die Interaktion und Verbindung zwischen den Schnellstraßenrouten unterstützen, und die darunterliegende Ackerfläche beträgt nur einige Dutzend Quadratmeter pro Acre.

Angesichts dieses Vorteils und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Transport übergroßer Güter mit einem Gewicht von mehreren hundert Tonnen nur einmal im Jahr anfällt und selbst wenn dies der Fall ist, Umleitungen genommen oder spezielle Straßendienste bereitgestellt werden können (wie etwa das Sperren der Straße, das Befahren der Rampenmitte usw.), ist es keine Überraschung, dass Einsäulenpfeilerbrücken weit verbreitet sind.

Darüber hinaus zeichnet sich diese relativ einfache Einsäulen-Pfeilerbrücke durch eine kurze Bauzeit, einen geringen Konstruktionsaufwand und eine spätere einfache Wartung aus, und man kann sagen, dass ihre Kosteneffizienz sehr hoch ist.

Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass Einsäulenpfeiler kollisionsresistenter sind als Doppelsäulenpfeiler: Eine einzelne Rundsäule mit einem Durchmesser von 4,0 Metern hat das gleiche Volumen wie zwei Rundzylinder mit einem Durchmesser von 2,83 Metern, ihre Steifigkeit ist jedoch viermal so hoch wie die eines Rundzylinders mit einem Durchmesser von 2,83 Metern. Dies ist insbesondere bei vielen Rampen, Zufahrtsbrücken über Flüsse und Meere sowie an Kreuzungen in Städten wichtig.

Darüber hinaus ist es bei einigen komplexeren Austauschvorgängen aus Platzgründen grundsätzlich unmöglich, keine einzelne Spalte zu verwenden.

Wenn diese Brücke nur aus einer Säule besteht und die Materialien von drei Säulen zu einer einzigen Säule kombiniert würden, würde sich ihre Steifigkeit auf das Neunfache erhöhen und dieses Auto wäre wahrscheinlich nicht in der Lage, sie zu beschädigen. | Yin Delan, Redundanz im Brückenbau (2013)

Aus dieser Sicht ist die Einsäulenpfeilerbrücke keine rückständige Konstruktion, sondern im Gegenteil in vielen Straßenbauszenarien die beste oder sogar die einzige Wahl.

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Vermeidung versteckter Gefahren bei Einpfeilerbrücken

Obwohl Einsäulenbrücken viele Vorteile bieten, ist dieser Brückentyp aufgrund seiner eigenen strukturellen Einschränkungen tatsächlich anfälliger für katastrophale Instabilität und Umkippen unter extremen Bedingungen wie starken Erdbeben und erheblicher Überlastung.

In Japan beispielsweise, wo das Gelände komplex und die Bevölkerungsdichte extrem hoch ist, werden im Straßenbau häufig einsäulige Pfeilerbrücken verwendet. Japan ist ein erdbebengefährdetes Land. Das große Hanshin-Erdbeben im Jahr 1995 führte direkt zur Lahmlegung des nahegelegenen Autobahnnetzes und zum Einsturz oder Umkippen von zwölf Brücken. Darunter waren ausnahmslos vier einsäulige Pfeilerbrücken, die in großem Ausmaß einstürzten.

Im Jahr 1995 erschütterte ein Erdbeben der Stärke 7,2 Hanshin in Japan, bei dem über 6.400 Menschen ums Leben kamen und die über 600 Meter lange einsäulige Pfeilerbrücke der Kobe-Linie einstürzte. |Internetbilder

Allerdings handelt es sich bei Erdbeben mit hoher Intensität letztlich um Ereignisse mit geringer Wahrscheinlichkeit. Bei dieser Intensität ist die Erdbebensicherheit verschiedener Brückenkonstruktionen sehr begrenzt. Doch eine Kenterung aufgrund einer Überladung ist eine völlig vermeidbare Katastrophe.

Im Allgemeinen besteht eine erhebliche Lücke zwischen der für eine Brücke angegebenen Obergrenze der Fahrzeuglast und dem tatsächlichen Gewicht, das die Brücke tragen kann. Dies wird als Sicherheitsredundanz bezeichnet. Liegt die Überlastung nur in einem kleinen Bereich, jedoch noch im eigentlichen Tragfähigkeitsbereich der Brücke, kann davon ausgegangen werden, dass die Brückenkonstruktion nicht wesentlich beschädigt wird und die Lebensdauer der Brücke nicht beeinträchtigt wird.

Wenn die Brücke jedoch über einen längeren Zeitraum erheblich oder mäßig überlastet ist, kann es zu erheblichen Schäden an der Brücke kommen. Dies ist die Bedeutung einer strengen Überlastungsgrenze. Derzeit ignorieren noch immer viele Autofahrer und Transportunternehmen die roten Linien, was letztlich zu Schäden an Brücken oder sogar zu schweren Unfällen führt.

Angesichts der Eigenschaften einsäuliger Pfeiler wurden in der neuen Version der Brückenbauordnung von 2018 bereits entsprechende Bestimmungen und Anforderungen zur Kippsicherung einsäuliger Pfeiler festgelegt. Darüber hinaus führten die zuständigen Brückenbauwerke umfangreiche Arbeiten zur Kippsicherung bestehender Einsäulenpfeilerbrücken durch.

Allerdings können die verschiedenen Verstärkungsmethoden, die derzeit zum Einsatz kommen, die Tragfähigkeit der Brücke nicht um ein Vielfaches erhöhen, und die Belastungsgrenze für vorbeifahrende Fahrzeuge wird nach Reparaturen selten erhöht. Generell ist die Regulierung des Verkehrsverhaltens durch administrative Mittel und das Verbot der Durchfahrt überladener Fahrzeuge die grundlegende Möglichkeit zur Vermeidung von Tragödien.

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Garantie der Straßenverwaltung für Großtransporte

Es gibt keine weiteren Neuigkeiten zum Einsturz der Edong-Brücke. Obwohl der Unfall den vorliegenden Informationen zufolge durch Überladung verursacht wurde, gibt es seitens der Straßenverwaltung auch einige Fragen: Das Fahrzeug war auf der Autobahn in Shaanxi unterwegs und hatte eine Überladungsgenehmigung von 198 Tonnen, verließ die Autobahn anschließend jedoch nicht und durchquerte mehrere Provinzen, um Hubei zu erreichen, bevor sich der Unfall ereignete. In Hubei erhielten sie lediglich eine Überladegenehmigung für 99 Tonnen. Der LKW-Besitzer sagte jedoch, dass die Person, die die Lizenz koordiniert hatte, bei dem Unfall ums Leben gekommen sei und die Einzelheiten unbekannt seien.

Abgesehen von den konkreten Zweifeln an diesem Unfall sind viele Internetnutzer auch sehr neugierig, wie solch groß angelegte Transporte normalerweise durchgeführt werden.

Laut dem Zhihu-Internetnutzer „Yechuang Tingyu“ gilt im Allgemeinen: Versuchen Sie zunächst, keine großen Gegenstände zu transportieren, und zerlegen Sie alles, was zerlegt werden kann, in Einzelteile und transportieren Sie diese separat. zweitens, versuchen Sie, nicht auf die Autobahn zu fahren, um eine Beeinträchtigung des normalen Fahrbetriebs zu vermeiden; drittens, versuchen Sie, Brücken und Durchlässe (Brücken und Durchlässe) nicht zu nehmen - denn wenn eine Brücke oder ein Durchlass einmal beschädigt ist, ist es viel schwieriger, sie zu reparieren als eine Straßenoberfläche.

Der Transport großer Gegenstände stellt sehr hohe Anforderungen an die Fahrzeuge und häufig kommt es während der Fahrt zu Reifenplatzern, sodass das Fahrzeug sehr langsam fahren muss. Die niedrige Geschwindigkeit + die große Größe + die häufigen Stopps haben enorme Auswirkungen auf den Hochgeschwindigkeitsverkehr. |TuChong Creative

Wenn Sie auf große Gegenstände stoßen, die nicht vor Ort hergestellt werden können, wie etwa vorgefertigte Brückenkomponenten und sehr große Transformatoren, müssen Sie mit diesen sehr vorsichtig umgehen. Zunächst muss eine mögliche Route ausgewählt und alle Brücken und Durchlässe entlang der Route vermessen werden. Anschließend muss die Tragfähigkeit der Brücken und Durchlässe ermittelt und diejenigen, die die Tragfähigkeitsanforderungen nicht erfüllen, verstärkt werden. Schließlich wird die Straßenverwaltung während des Transportvorgangs alle Garantien geben: Die Fahrzeuge der Straßenverwaltung vorn werden die Straße anführen, die Fahrzeuge der Straßenverwaltung hinten werden isoliert und die Straße wird bei Bedarf direkt gesperrt usw. Die Transporteinheit wird den gesamten Prozess überwachen, insbesondere die Brücken und Durchlässe. Die Belastung muss in Echtzeit überwacht werden und die Bauarbeiten werden sofort gestoppt, wenn Anomalien erkannt werden.

Es muss gesagt werden, dass groß angelegte Transporte eine äußerst kostspielige und zeitaufwändige Aufgabe sind und im Allgemeinen nur durchgeführt werden, wenn dies unbedingt erforderlich ist. Sobald große Gegenstände auf die Straße gelangen, wird dies für den Verkehr auf der gesamten Strecke eine Belastungsprobe sein. Einsäulenpfeilerbrücken sind nichts Besonderes. Nur wenn die Regeln für das Überqueren der Brücke strikt eingehalten werden und keine der erforderlichen Verfahren versäumt werden, kann die Sicherheit des Brücken- und Frachtpersonals wirklich gewährleistet werden.

Autor: Guo Yang, Postdoktorand für Strukturmechanik, Northeastern University

Rezensent | Pan Keming, stellvertretender Chefingenieur des Ersten Instituts für Straßenverkehrstechnik, leitender Ingenieur auf Professorenebene

Herausgeber | Ding Zong

Herausgeber | Gao Peiwen

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