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Cantilever bridge - Wikipedia

カンチレバーとは一方の側で支えた片持ち梁の意味で、カンチレバー橋の非常に初期のものではこの意味となりますが、 一般には、1 つの橋脚から両側に梁を平衡を取りながら突き出す平衡カンチレバーのことです。 これにより足場を作り難い場所に橋を作ることが可能となるのです。 純粋にカンチレバーで橋を作ることもあるが、適用可能な場所が少ない。

カンチレバー橋はカンチレバーを使用して建設された橋で、 カンチレバーとは水平に空中に延伸する構造で、一方の端のみで支えられた構造である。 小さな歩道橋ではカンチレバーは単なる梁ということもあり得る： しかしながら、道路や鉄道を処理するような大きなカンチレバー橋は構造鋼で建造されたトラスを使用するか、 プレストレスト・コンクリートから建造されたボックス・ガーダーを使用する。 鋼製トラスのカンチレバー橋が最初に実践された時は重大な工学的躍進 (engineering breakthrough) であった。 というのは橋は 1500 フィート (460 m) 以上の距離にかけることができたからであり、 わずかな足場、ないしはフォルスワークなしに、困難な横断で、もっとずっと簡単に建設できたからである。

ピエール・フリムラン橋は平衡カンチレバー
でコンクリート製、建設中の写真

カンチレバー橋の元々のスタイル

19 世紀の技術者が理解していたことは、複数の支えにまたがる連続した橋は、支えに荷重を分散することであった。 これにより、ガーダーやトラスにおける応力 (stress) が小さくなり、 長い橋が建設できることになった。 幾人かの 19 世紀の技術者は中間に蝶番 (ちょうつがい) のある連続橋の特許を取った。 複数スパン・システムにおける蝶番の使用は静的構造 (statically determinate) システムの利点を提供し、 基礎の異なる沈下 (settlement) を処理する橋の利点を提供した。 技術者はガーダーの蝶番により、力 (force) と応力 (stress) をもっと簡単に計算できるようになった。

ハインリッヒ・ゲルバー (Heinrich Gerber) は蝶番ガーダーの特許 (1866 年) を取った技術者の 1 人で、 最初に建造した人と認められている。 ドイツのマイン川 (Main) にかかる (彼による) ハスフルト橋 (Hassfurt Bridge) は中央スパンが 124 フィート (38 m) あり、 1867 年に完成し、最初の現代的なカンチレバー橋として認められている。

C. シャラー・スミス (C. Shaler Smith) による ケンタッキーのハイ・ブリッジ (1877 年)、 チャールズ・コンラッド・シュナイダー (Charles Conrad Schneider) による ナイヤガラ・カンチレバー橋 (1883 年)、 ジョン・フランシス・オルーク (John Francis O'Rouke) とポメロイ・ディキンソン (Pomeroy P. Dickinson) による ポキプシー橋 (1889 年) はすべて重要な初期のカンチレバー・デザインの使用例である。 ケンタッキー川の橋は深さ 275 フィート (84 m) の峡谷にかかり、 カンチレバー橋の主スパンにはフォールスワークあるいは一時的な支えが必要でない事実を完全に利用している。

初期のカンチレバー橋で最も有名なものはフォース橋 (Forth Bridge) である。 この橋は世界で最も長いスパンの記録を 17 年間保持し、 ケベック橋に凌駕された。 ベンジャミン・ベイカー (Benjamin Baker) は下の写真で吊りスパン・カンチレバーの構造原理を説明している。 吊りスパンは 渡邊嘉一が座っている所で、これは中央にある。 トラスの下端要素 (lower chord) の圧縮に拮抗する必要性を木の棒の使用に見ることができ、 トラスの上端要素 (upper chord) の伸長は広げた手によって示されている。 カンチレバーのアンカーとしての外部基礎の作用はカウンター・ウェイトの設置に見ることができる。

単純なカンチレバー・スパンは横断すべき障害物の反対側からカンチレバーのアーム (腕) を 延長することで形成され、中央で遭遇する。 一般的な変型判 -- 吊りスパン (suspended span) -- ではカンチレバーのアーム は中央で遭遇せずに、中央のトラス橋を支え、トラス橋はカンチレバーのアームの端に設置される。 吊りスパンは別の場所で建造されて定位置に持ち上げてもよいし、 現場で特別な移動支持台 (travelling supports) を使用して建造してもよい。

ジョン P. グレース記念橋の部品の図式

鋼製トラスとプレストレスト・コンクリートのカンチレバーを建造する普通の方法は各カンチレバーのアームを 逆方向に延伸するカンチレバーのアームと均衡を持たせることで、 平衡カンチレバー (balanced cantilever) が形成される。 (逆方向に延伸するカンチレバーが) 強固な基礎に到達すれば、 均衡を取るアームはアンカー・アームと呼ばれる。 従って、2 つの基礎橋脚に建造される橋ではカンチレバーのアームは 4 つあり、 このうち 2 つが障害物 (川など) にかかり、2 つのアンカー・アームが障害物の外に向けて延伸する。 均衡を取るカンチレバーの支持にもっと強さを持たせる必要性から、 橋の上部構造はしばしば基礎橋脚の上で塔の形をとる。 バリー提督橋はこの形式のカンチレバー橋の実例である。

鋼製トラス・カンチレバーでは、上部要素は伸張で、下部要素は圧縮で荷重を支える。 一般に、構造は伸張をアンカー・アームを経由して、最外端の支持に伝え、 一方、圧縮は中央の塔の下の基礎に伝えられる。 多くのトラス・カンチレバー橋はピン止め接合を使用し、 従って静定構造で、混合荷重を伝える要素はない。

プレストレスト・コンクリートの平衡カンチレバー橋はしばしばブロック工法 (segmental construction) により建造される。

幾つかの鋼製アーチ橋 (例えばナバホ橋) は両側から純粋なカンチレバーを使用して建造されており、 下方のフォールスワークや、一時的な支持塔や、上方からのケーブルも使用していない。 次にこれらはピンで接合され、通常は結合箇所を (ジャッキで) 押し広げてから実施する。 ジャッキが取り除かれてから、路面が追加され、トラス・アーチ橋になる。 このような支えのない建造が可能となるのは適当な岩があって、 建設中にスパンの上端要素 (upper chord) を伸長で支えることができる場合であり、 狭い峡谷を張り渡す場合に限定される。

サンフランシスコ=オークランド・ベイ・ブリッジの古い東スパンが
建設時とほゞ逆の順番で解体されている (2014 年 8 月 23 日の写真)。
橋の建設時と類似な一時的な支えが各アンカー・アームの下で使用されている。

世界で最も長いカンチレバー橋 (スパンの長さの順)：

1. ケベック橋 (カナダ、ケベック、1917 年)、1800 フィート (549 m)
2. フォース橋 (スコットランド、フォース湾、1890 年) 2 × 1,710 フィート (521 m)
3. 港大橋 (日本、大阪、1973 年)、1673 フィート (510 m)
4. バリー提督橋 (米国ペンシルバニア州チェスター、1974 年) 1644 フィート (501 m)
5. クレセント・シティー・コネクション (Crescent City Connection, 双子橋、米国ルイジアナ州ニューオーリンズ。1958 年、1988 年)
6. ハウラ橋 (Howrah Bridge, インド西ベンガル、 コルカタ、1943 年) 1,500 フィート (457 m)
7. グラマーシー橋 (Gramercy Bridge, 米国ルイジアナ州グラマーシー、1995 年) 1,460 フィート (445 m)
8. 東京ゲートブリッジ (日本、東京、2012 年) 1,443 フィート (440 m)
9. J. C. バン・ホーン橋 (J. C. Van Horne Bridge, カナダ、ニューブランズウィック州キャンベルトン (Campbellton) & ケベック州ポワント=ア=ラ=クロア (Pointe-à-la-Croix)、1961 年) 1247 フィート (380 m)
10. ホーレス・ウィルキンソン橋 (Horace Wilkinson Bridge, 米国ルイジアナ州バトン・ルージュ (Baton Rouge)、 1968 年) 1235 フィート (376 m)
11. タッパン・ジー橋 (Tappan Zee Bridge, ニューヨーク州サウス・ニャック (South Nyack) & ニューヨーク州タリータウン (Tarrytown), 1955 年) 1,212 フィート (369 m)
12. ルイス・クラーク橋 (Lewis and Clark Bridge, ワシントン州ロングビュー (Longview) & オレゴン州レーニエ (Rainier), 1930 年) 1200 フィート (366 m)

ケベック橋は上で説明した一般的な構造である。

フォース橋 三基の二重カンチレバー	バイレ・フィヨルド橋はコンクリート橋で 平衡カンチレバーの方法を使用している。

かっての サンフランシスコ・ オークランド・ベイ・ ブリッジの東スパン	ブルー・ウォーター橋 元々の 1938 年のスパン	プラスキー・スカイウェイ	ビクスバーグ橋と オールド・ビクスバーグ橋