Die von Highways England (HE) in Auftrag gegebene aerodynamische Studie gibt Aufschluss über das Risiko von Verkehrsunfällen bei starkem Wind. Die Studie hat dahingehend neue Erkenntnisse eingebracht, als dass die Brücke trotz starken Windes für den Verkehr offen gehalten werden kann. Die Orwell-Bridge wurde im Jahre 1982 eröffnet und befördert täglich 60.000 Fahrzeuge. Sie steht bis zu 43 Meter hoch über dem Orwell-Fluss. Der Verkehr auf der Brücke kann bei Gegen- oder Rückenwind von bis zu 100 km/h und bei Seitenwind von 80 km/h immer noch sicher befahren werden. Oberhalb dieser Geschwindigkeiten besteht jedoch die Gefahr, dass Fahrzeuge vom Kurs abkommen und Kollisionen verursachen.

Ipswich ist eine Stadt und Verwaltungssitz der Grafschaft Suffolk in East Anglia, England. Seit 2013 musste die Orwell-Bridge schon 18 Mal wegen zu starker Winde geschlossen werden. Im Auftrag von Highways England leitete Dr. Alfredo Camara, leitender Dozent für Bauingenieurwesen an der School of Mathematics, Computer Science and Engineering (SMCSE) an der City University of London eine Studie über Windlasten auf der Orwell-Bridge im Jahr 2018. Dies erfolgte nach einer ebenfalls von HE in Auftrag gegebenen Studie zur Fahrstabilität auf der Queen Elizabeth II Bridge. Durch den Einsatz bahnbrechender Technik, die eigens für die Orwell-Bridge entwickelt wurde, konnte Dr. Camara ein detailliertes Bild über die Art und Weise geben, welche die Windgeschwindigkeiten auf der Brücke und auf verschiedene Fahrzeugtypen ausüben.

In dieser Studie hat Camara einen neuartigen Algorithmus namens MDyn entwickelt, der auf einer vektorisierten und modalen Überlagerung basiert und die Rechenzeit um das Hundertfache reduziert, was mit einer kommerziellen Finite-Elemente-Software zur Analyse von Wechselwirkungen zwischen Fahrzeugen, Brücke und Wind einhergeht.

Auf diese Weise konnte eine umfassende Studie zu den Unfallrisiken auf der Orwell-Bridge erstellt werden, die mehr als 2.000 verschiedene Kombinationen von Windgeschwindigkeiten, Fahrgeschwindigkeiten und Straßenbelagsqualitäten berücksichtigt neben anderen Faktoren zur Fahrzeugsicherheit. Ergänzt wurde die Arbeit durch mehr als 36.000 Berechnungen zur Fahrstabilität auf Grundlage des statischen Gleichgewichts der Fahrzeuge, wobei Größe, Gewicht und Geschwindigkeit berücksichtigt wurden sowie unterschiedliche Windstärken und die verschiedenen Windrichtungen in die Berechnungen einflossen.

Die Reduzierung der Geschwindigkeit auf der Brücke bei starkem Wind, die Verwendung von zeitlich begrenzten Sperren zur Minderung der Auswirkungen, welche die Windkräfte auf die Fahrzeuge ausüben und das Offenhalten der Brücke in nur einer Richtung sind drei mögliche Lösungen, die mit der einjährigen Studie vorgestellt wurden.

Simon Amor, Leiter Planung und Entwicklung von Highways England im Osten Englands, hebt die Bedeutung der Orwell-Bridge für die Allgemeinheit hervor, die in Ipswich leben und arbeiten und für Unternehmen, die vom Güterverkehr abhängen, der im Hafen von Felixstowe in Großbritannien eingeführt und ausgeführt wird. Die Studie dient dazu, die Widerstandsfähigkeit gegen starken Wind zu optimieren. Wobei die aerodynamische Modellierung eine der komplexesten Aufgaben innerhalb der Technik ist.

Die Studie hat das Ergebnis, dass die Schwellenwerte für die Schließung der Brücke bei der derzeitigen Höchstgeschwindigkeit von 60 km/h aus Sicherheitsgründen richtig ist. Eine Senkung der des Tempolimits von 60 km/h auf 40 km/h bei starkem Wind kann bedeuten, dass die Brücke bei Windgeschwindigkeiten von bis zu 100 km/h immer noch geöffnet bleiben kann. Die Ergebnisse sind bisher theoretisch und müssen in einer physikalischen Umgebung mit Hilfe eines Windkanals bestätigt werden. Highways England will die Entwicklung anstoßen mit Einführung einer veränderten Geschwindigkeitsbegrenzung über die Orwell-Bridge. 

Die zwischen 2018 und 2019 durchgeführten Arbeiten an der Orwell-Bridge war rein numerisch und basierte auf den fortschrittlichsten Techniken der rechnergestützten Strömungsdynamikanalyse und der Fluid-Struktur-Wechselwirkungen durchgeführte Analyse. Die aerodynamischen Kräfte, die auf Fahrzeuge einwirken, die auf der Orwell-Bridge unterwegs sind, müssen noch mit einem Versuchsprogramm in den Windkanalanlagen der City University validiert werden. Mit dieser neuen Phase der Studie zur Orwell-Bridge werden Dr. Camara und Dr. Chetan Jagadeesh untersuchen, wie sich die Position der Fahrzeuge und den Brüstungen der Brücke auf die Fahrstabilität auswirken. 

In den letzten Jahren konnten dank der überarbeiteten Beschilderung die Sperren auf der Brücke innerhalb von 20 Minuten vorgenommen werden. Vorher dauerte dies 50 Minuten. Das neuartige Protokoll gibt bei Brückensperren den Verkehrsteilnehmern mehr Spielraum den Antritt der Fahrten zu planen und zu überlegen.

Meldung: Ida Junker, PPOOL, Paris

Siehe auch: www.city.ac.uk/news/2020/february/citys-dr-alfredo-camara-carries-out-study-of-orwell-bridge