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Arch bridge - Wikipedia

「デッキ・アーチ橋」のことを普通の建築用語では 「アーチ橋 (上蕗)」 の用語を使用し、 「通り抜けアーチ橋」 のことを 「アーチ橋 (下蕗)」と呼んでいるようですが、 このような用語を使用すると翻訳の文章がとても読みにくくなる場合が出てくるので、なるべく直訳に近い用語を使用します。 トラス橋の場合も同様です。

ここで扱われているアーチ橋はローマ帝国以来のアーチ橋なので、半円アーチ以外では円弧アーチ橋が扱われているぐらいです。 (ローマの橋も参照。) 基本的に近世に登場する「斜めアーチ橋」に関しては 斜めアーチを参照してください。

アーチ橋は古代には石造しかなく、また古代には石造の建築物が随分たくさんあります。そうすると 石の角材を比較的容易に製造する方法があったはずです。 ヒエラポリスの鋸ミル (水力鋸) のようなものは、 近代の石切り場には水力鋸は実際に随分とあったようで、 中世以後にも随分あったと思われます。(石は角材にしないと船で運びにくいし、ある程度成型してある方が建設しやすい。) またローマ帝国の人々は水力使用に関しては随分とたけていたことが知られており、 古代にも水力鋸が多用された可能性は極めて高いと思われます。

アーチ橋は橋の両端に迫持台 (abutment) がある橋で、湾曲したアーチとして建設されるものである。 アーチ橋は橋の重さと荷重を、部分的に水平方向に押す力に変換することにより動作し、 この押す力を拘束するのが両端の迫持台である。 高架橋 (長い橋) は一連のアーチから作ることもできるが、 今日では典型的にはもっと経済的な方法が使用される。

現存するアーチ橋で最古のものは、恐らく紀元前 1300 年頃のギリシャの ミケーネ文明のアルカディコ橋 (Alkadiko bridge) である。 この石造のコーベル・アーチ橋はいまだに地元の人によって使用されている。 良く保存された ヘレニズム時代のエルフテルナ橋 (Eleutherna Bridge) は三角形のコーベル・アーチである。紀元前 4 世紀の ロードス歩道橋 (Rhodes Footbridge) は 初期のセリ石アーチの上に載っている。

真のアーチはエトルリア人と古代ギリシャ人によりすでに知られていたが、 ローマ人はヴォールト (アーチ型天井) とドーム (丸屋根) の場合と同様に、 橋の建築にアーチを使用する可能性を完全に理解した最初の人々であった。 技術者のコリン・オコナー (Colin O'Connor) により収集されたローマの橋の一覧には、 交通用の 330 基の石造りのローマの橋、 34 基の木造のローマの橋、 54 基のローマの水道橋を含み、随分多くがまだ健在で、車両さえ使用しているものがあった。 イタリアの学者のビットリオ・ガリアッツォ (Vittorio Galliazzo) のもっと完全な調査により、 931 基のローマの橋が見つかり、大半が石造りで、26 カ国 (かってのユーゴスラビアが含まれていた) までまたがっていた。

ローマのアーチ橋は通常は半円であるが、 円弧アーチ (segmental arch) もあり、 例えば、アルコネタル橋がある。 なお円弧アーチ橋とは半円より小さな円弧のアーチ橋のことである。 円弧アーチ橋の利点は、橋の下を洪水が多く通過できることであり、 これにより洪水の最中に橋が流されることを防ぎ、 橋をもっと軽くできることである。 一般にローマ人は同じ大きさで同じ形の基本的クサビ型アーチ石 (セリ石) を使用している。 ローマ人は単一スパンの橋も、長い複数スパンの橋も建設している。 例えばポン・デュ・ガール (Pont du Gard) とセゴビア水道橋 (Segovia Aqueduct) がある。 ローマの橋には、初期の頃からその後ずっと、 橋脚に洪水用の開口部があり、例えばローマの ファブリキウス橋 (BC 62 年、 Pons Fabricius) がある。 この橋はまだ健在で、世界で最古の重要な橋の一つである。 ローマの技術者はコンクリートで橋を建設することができた最初の人々で、 産業革命に至るまでは彼らだけが使用できた。 【訳注：ローマのコンクリートを参照】 コンクリートのことを、彼らはオプス・カエメンティキウム (Opus caementicium) と呼んでいた。 外側は通常、レンガもしくは切石積みで覆われており、 この実例にはアルカンタラ橋 (Alcántara bridge) がある。

セゴビア水道橋、AD 100 年頃	ローマのアルカンタラ橋、 スペイン (103 年 - 105 年建設)

ローマ人は橋の建築に円弧アーチ橋も導入した。 トルコ南西にある 330 m の長さのリミラ橋 (Limyra Bridge) は 26 基の円弧アーチが付随し、 [スパン：高さ] の比率が 5.3：1 で、 橋に異常に平坦な外見を与え、千年以上もの間、これを越えるものがなかった。 ドナウ川にかかるトラヤヌスの橋には開放 スパンドレルを持った木製の円弧アーチが 高さ 40 m のコンクリートの橋脚の上に立っていた。 これは全体の長さでも、個々のアーチの長さでも 1000 年以上もの間もっとも長いアーチ橋であった。 一方、現存する最も長いローマの橋は メリダ (Mérida) にある 790 m の長さの プエンテ・ロマノ (Puente Romano) である。 カッパドキア (Cappadocia) の後期ローマの カラマーラ橋 (Karamagara Bridge) は現存する橋で 「尖りアーチ」 (pointed arch) を持つ最古のものかもしれない。

ローマの円弧アーチ
リミラの橋

中世ヨーロッパでは、橋の建築家は、より細い橋脚、より薄いアーチの胴、 より低い [スパン：高さ] 比率を使用することにより、ローマの構造を改良した。 ゴシックの 「尖りアーチ」も導入され、横方向に押す力が減少し、スパンが増大した。 これは風変わりなプエンテ・デル・ディアブロ (Puente del Diablo, 1282 年) でも同様である。

プエンテ・デル・ディアブロ
尖りアーチ、スペイン

とりわけ 14 世紀には橋の建築は新たな高みに到達した。 スパンの長さが 40 m のものは、これ以前には石造の橋の建設では見られなかったが、 今や次のような色々な場所で色々なアーチの方式で建設された:

• 場所： スペイン (プエンテ・デ・サン・マルティン (Puente de San Martin))、 イタリア (カステルヴェキオ橋 (Castelvechio bridge) そしてフランス (悪魔の橋、 ポン・グラン (Pont Grand))
• アーチの方式： 半円アーチ、尖りアーチ、円弧アーチ

プエンテ・デ・サン・マルティン	悪魔の橋、フランス、セレ (1341 年)

トレッツォ・スッラッダの橋 (bridge at Trezzo sull'Adda) の橋は 15 世紀に破壊されたが、スパンの長さは 72 m もあり、 匹敵するものが 1796 年まで現れなかった。

熱烈に称賛されているフィレンツェの円弧アーチ橋である ヴェッキオ橋 (Ponte Vecchio, 1345 年) のような建設には 健全な工学 ([スパン：高さ] の比率が 5.3：1 より大) と美的魅力を組み合わせた。 ルネッサンスの サンタ・トリニタ橋 (Ponte Santa Trinita, 1569 年) の 3 基の楕円アーチは世界で最古の楕円アーチ橋である。 このように高さが小さな構造にはどっしりとした迫持台が必要で、 ベニスのリアルト橋 (Rialte bridge) とニュルンベルクのフライッシュ橋 (Fleischbrücke) の場合には 水平方向の押す力に、より効果的に拮抗するために地面に斜めに突っ込まれた何千もの木材の上に建設されている。

ヴェキオ橋 イタリア、フィレンツェ	サンタ・トリニタ橋 楕円アーチの最初の橋

中国では、現存する最古のアーチ橋は AD 605 年の 安済橋であり、 非常に低い [スパン：高さ] 比率である 5.2：1 を使用し、 (鉄のブラケットで強化された) 開放スパンドレル・アーチを使用している。 安済橋は 167 フィート (51 m) の長さで、123 フィート (37 m) のスパンがあり、 世界で最初の全て石造の、 開放スパンドレル・アーチを持った円弧アーチ橋であり、 洪水をより多量に通過させることができる。 スパンドレルに穴を開けた橋は世界中に見受けられ、例えば中国 (安済橋、7 世紀)、 ギリシャ (アルタの橋 (Bridge of Arta)、17 世紀)、 ウェールズ (ケナルス橋 (Cenarth Bridge)、18 世紀)。 もっと現代的な時代には石造の橋とレンガ製の橋が多くの土木技術者により建設され続けた。 このような土木技術者には トーマス・テルフォード、 イザムバード・キングダム・ブルネル、 ジョン・レニーが含まれる。 キーとなる開拓者にジャン=ロドルフ・ペロネ (Jean-Rodolphe Perronet) がおり、 彼はもっと狭い橋脚を使用し、計算方法を変更し、 例外的に低い [スパン：高さ] 比率を達成した。 異なる材質、例えば鋳鉄、鋼、コンクリートがアーチ橋の建設にますます使用され始めた。

アルタの橋
ギリシャ、アルタ

モンロー・ストリート橋の中央アーチのセントリング、 ワシントン州スポーキャン

石、レンガ等は圧縮には強く、剪断 (せんだん) には少々強いが、伸長には多くの力に耐えることができない。 その結果、石造のアーチ橋はできる限り、常に圧縮状態になるようにデザインされている。 各アーチはセントリングと呼ばれる一時的な木枠で建設される。 圧縮アーチ橋では橋の中央にあるキーストーンが橋のそれ以外の重さを支えている。 橋にもっと多くの重さが付け加えられると橋の構造はずっと強くなる。 石造の橋は多くの充填材料 (fill material) (典型的には引き締まった瓦礫) をアーチの上に使用する。 これは橋の重さを増やすためで、荷が橋を通過する時にアーチの胴に伸長が起きることを防止するためである。 この形式の橋を建造するのに石以外で使用される材質はレンガと強化していないコンクリートがある。 切石が使用される時には面の角 (かど) が剪断の力を最小にするように切断される。 切石でない石を使用する時には漆喰で相互に繋ぎ、漆喰 (しっくい) はセントリングを取り除く前に固める必要がある。

伝統的な石造アーチ橋は耐久性があり、沈下と侵食にはある程度耐える。 しかしながら、現代的な代替物との関連では、このような橋は非常に重く、大きな基礎が必要である。 このような橋は人件費が高い場所では、建設費がとても高価になる。

• アーチを川床に (あるいは橋脚や堤防の上に) 建設する時は川の流れを変えて、 最初に砂利を掘削して (強い材質の) 良好な足場で置き換えなければならない。 ここにアーチの基礎の高さ -- この場所を迫元 (せりもと、springing) と呼ぶ -- まで基礎橋脚を建設する。
• 典型的にはセントリングが木材と板で組み立てられる。 複数アーチ橋の各アーチは隣のアーチを押すことになり、 橋のすべてのアーチを同時に組み立てるか、非常に広い橋脚が使用される。 両端のアーチの押す力は地面に伝えられるが、 このためには峡谷の壁に作られた大きな (垂直な) 足場、ないしは大きな斜面が必要となる。 この斜面は橋に至る坂道になる。 この斜面もアーチで作ることができる。
• 幾つかのアーチ (あるいは 1 つのアーチ) がセントリングで建設される。 一旦、基本となる アーチの胴 が建設されると、 この上に石造構造が (両側に) 作られてアーチが固定される。 石造構造は水平結合した層で敷いてもよい。 これは 2 つの外壁を形成し、スパンドレルと呼ばれる。 ここに適当な固定していない材質あるいは瓦礫が充填される。
• 路面が舗装され、欄干の壁が作られ、 橋の交通が保護される。

コーベル・アーチ橋は切石あるいは石の橋で、 順番に高くなる石の層が直前の石の層よりは前に突き出て、カンチレバーになっているものである。 切石の階段は切り落としてアーチの形にして丸くすることもできる。 コーベル・アーチはアーチの基底部で外向きに押し出す力がなく、本当のアーチとは見なされない。 この外向きの力がないため、真のアーチよりも安定している。 不利な点はこの形式のアーチは大きなスパンには適していないことである。

コーベル・アーチ サイクロプ式石造建築 ギリシャのアルカディコ橋	二等辺三角形のコーベル・アーチ ギリシャの エレフテルナ橋	コーベル・アーチ 切石が切り落と されていない	コーベル・アーチ 切石が切り落と されてアーチの形

ある場所では比較的高い位置で広いスキマを張り渡す必要がある場合があり、 例えば運河や給水線が谷を渡る必要がある場合である。 非常に大きなアーチの建設や非常に高い橋脚 (石では困難) を建設するよりは、 一連のアーチの構造を一つずつ上に建設し、下の方を広くする。 ローマの土木技術者は単純な材料、装置、数学を使用して、これをデザインし、高度に洗練された構造を建設した。

3 階建てのポン・デュ・ガール水道橋

この形式の橋は路面が完全にアーチの上にあるものである。 アーチと路面の間はスパンドレルと呼ばれる。 もしもスパンドレルが詰まっていれば -- 石造のアーチ橋の場合には普通のこと -- 橋は閉鎖スパンドレル・アーチ橋 (closed-spandrel arch bridge) と呼ばれる。 もしも路面がアーチ橋から上昇している垂直な何本かの柱によって支えられている時は開放スパンドレル・アーチ橋 (open-spandrel arch bridge) と呼ばれる。 アレクサンダー・ハミルトン橋は開放スパンドレル・アーチ橋の例である。 最後に、もしもアーチが頂上部のみで路面を支えている時に、 橋は大聖堂アーチ橋 (cathedral arch bridge) と呼ばれる。

グローブナー橋 (チェスター) 閉鎖スパンドレル・アーチ橋	アレクサンダー・ハミルトン橋 開放スパンドレル・アーチ橋	ガリナ川橋、大聖堂アーチ橋

詳細は通り抜けアーチ橋を参照

この形式の橋は次のようにして路面を支えている。

• 中央では吊りケーブルもしくは結合棒により、上から支える。 結合アーチ橋と同様。
• 両端では下から支える。デッキ・アーチ橋と同様。

シドニー・ハーバー・ブリッジ (Sydney Harbour Bridge) は通り抜けアーチ橋で、 トラス型式のアーチを使用している。

詳細は結合アーチ橋を参照。

弓ヅル橋 (bowstring bridge) とも呼ばれ、 この形式のアーチ橋はアーチの両端の間の結合 (tie) を組み入れている。 結合しているものは通常は路面で、水平方向に押し広げる力に耐えることができる。 押し広げる力は、通常はアーチ橋の迫持台 (abutment) に働いている。

路面はアーチから吊り下げられている。 アーチは圧縮状態で、吊り橋と対照的で、 吊り橋ではケーブルが伸長状態である。

フリモント橋の路面がアーチを通り抜けている。
中央スパンがアーチから吊り下げられ、アーチに結合している。
路面のサイド・スパンは下から支えられている。
【訳注：通り抜けアーチと結合アーチの実例】

中世後期 クレーマー橋、 2 列の家屋を支えている。	石造のムーン・ブリッジ。支えと なる進入路がアーチの押し出 す力を支えている。	フレドリクスタ橋 ノルウェイ、フレドリクスタ

ブリッジポート・ランプ・煙突 会社の弓ヅル・コンクリート・ アーチ橋、ウェストバージニア、 ブリッジポート	オハイオ州コロンバスの メイン・ストリート橋は 北米で唯一の傾斜アーチ吊り橋。	朝天門長江大橋 (中国、重慶市) は世界で 最も長いアーチ橋

米国の法律ではこのイタリアの 排水溝もアーチ橋となる。	ガラビ高架橋は錬鉄製 のトラス・アーチ橋	リッチモンド橋 (1825 年)、 オーストラリアで最古の現役の橋

現代的なアーチ橋は鉄筋コンクリートから作られる。 この形式の橋が適切な場合は一時的なセントリングが組み立てられて、 型枠、鉄筋、コンクリートを支えられる場合である。 コンクリートが十分固まったら、型枠とセントリングが取り除かれる。 プレキャスト・コンクリートからアーチを建設することも可能である。 この場合にはアーチを半分にして建設し、互いにもたせかける。

鋼や鉄筋コンクリートで製造される多くの現代的な橋はしばしば構造内の伸長により、 荷重の幾分かを支える。 これにより迫持台に対して水平に押し出す力を削減するか、あるいは除去し、 脆弱な土地の上にも建設が可能である。 構造的にも静力学的 (analytically) にも、これは真のアーチではなく、アーチの形をした梁である。

アーチ橋の現代的発展は長いスパンの通り抜けアーチである。 これが可能となるのは伸長に強い軽い材料によっており、 例えば鋼と プレストレスト・コンクリートがある。