チェプストウ鉄道橋 (Chepstow Railway Bridge)

チェプストウ鉄道橋はイザムバード・キングダム・ブルネルの指示の下に 1852 年に建設された。チェプストウでワイ川にかかる「偉大な管状橋」 (Great Tubular Bridge) はウェールズとイングランドの境界をなし、その見かけにもかかわらずブルネルの重要な業績の 1 つと考えられている。この橋は材質の使用で経済的であり、ソルタッシュにおけるブルネルのロイヤル・アルバート橋のひな型となるものであった。

訳注

左の写真の上部に見える棒のようなものは、長さ 94.2 m、直径 2.7 m の円柱で、右の写真の節をつないでできたものです。この円柱は中央部がわずかに上に湾曲しています。
安価な鋼はこの時代には利用可能でなく、錬鉄しか利用可能でなかったため、このようになったと思われます。

ブルネルはワイ川を越えてサウス・ウェールズ鉄道の複線を通す必要があった。海軍本部は橋が 300 フィート (91 m) の開けたスパンで、高潮時に水面上 50 フィート (15 m) 以上であることを要求した。スパンは自立したものである必要があった。というのは川のグロスターシャー州側では石灰岩の崖であったが、モンマスシャー州 (Manmouthshire) 側では堆積によって生じた低地帯で、定期的に洪水が起きる場所であったからである。従って、こちら側には迫持台に適した場所がなく、迫持台はアーチ橋の場合には外側に押す力と拮抗し、吊り橋の場合には内側に引く力と拮抗する必要があるからであった。いずれにせよ、どちらも使用することができなかった：アーチ橋は海軍本部の課す高さと幅の制限を満たすことができず、吊り橋は鉄道車両を通すには不適であると悪名が知れ渡っていた。これは、集中した重さが鎖を偏らせる原因となり、路面が危険なほど上下するからであった。自立するトラス橋が唯一つの選択肢であった。

ロバート・スチーブンソンはコンウィ川 (1848 年) とメナイ海峡 (1850 年) をそれぞれ 400 フィートと 450 フィート (140 m) のスパンの橋をかけ、リベット打ちした錬鉄の大きな箱型ガーダーの節 (ふし) を利用した。コンウィのような箱型ガーダーをチェプストウで使用するには高価すぎたし、重すぎた。 (コンウィよりも、もっと高く持ち上げる必要があったため問題をはらんでいた。) ブルネルは彼らしく過激な解答を求めた。彼はすでにウィンザーで弓ヅル橋、あるいは結合アーチ橋を建設していた (1849 年)。この結合アーチ橋は断面が 3 角形の多孔構造のアーチ (弓) に錬鉄製の路面のガーダー (弓ヅル) を張り、ガーダーをアーチから垂直に降りる支柱で支えた。これはスチーブンソンが結合アーチ橋であるハイ・レベル橋をニューキャッスル・アポン・タインで建設した年と同じ年であり、ハイ・レベル橋はチェプストウでブルネルに影響を及ぼしたと思われている。しかし、チェプストウにおけるブルネルの解法は更に飛躍することになるが、健全な工学原理と結合アーチを主題とする変型版に基づくものであった。

ウィリアム・フェアベーンの一連の実験と、イートン・ホジキンソンの数学分析により、リベット打ちした錬鉄製の閉鎖された箱のガーダーは比較的軽く、随分と強力であった。中空な錬鉄製のガーダー -- 断面が長方形であれ、3 角形であれ、円形であれ -- は、最も効率の良いトラスの部品を提供していた。もしも断面が十分大きければ、自己支持が可能であった。メナイとコンウィの橋のデザインを導いたのはフェアベーンの実験であった。スチーブンソンは箱型ガーダーの区間を鎖で吊るすことを元々提案していた。彼の議論では、箱の区間は十分に硬いので、吊り橋の路面の通常の問題を凌駕できるとした。実験でフェアベーンは適当に建設された箱型ガーダーは十分に強く、鎖がいらないことを示した。しかし (鎖を使用しない) 決定は計画で遅延することになり、ブリタニア橋を支える塔は鎖を通す穴をあけて建設された。スチーブンソンの箱型ガーダーは偉大な新機軸であり、錬鉄の代わりに鋼やプレストレスド・コンクリートを使用する場合にも、箱型ガーダー建設は大きな橋を作る場合の現在の標準である。しかし、ベリッジ (Berridge) が認めるように「ブルネルは ... (チェプストウで) ... 流行の理由から流行に従うような人ではない。ここでは本当の技術者が仕事をし、その場所に適した橋と、それを所定の位置に設置する最もよい方法をデザインした。」

この橋はグロスターとスウォンジーの間の本線のギャップを埋めた。チェプストウ鉄道駅とスウォンジー間の鉄道は 1850 年 6 月 18 日に開通し、 1851 年 9 月 19 日にグロスターと川の東の駅 -- チェプストウ・イーストと呼ばれた -- の間で鉄道が完成した。橋が完成して開通するまでは通過客は 1 つの駅から別の駅まで馬車で運ばれ、ワイ川を渡るのに 1816 年の道路橋を利用した。鉄道橋は 1852 年の 7 月 19 日に始めて公共の使用に開通した。チェプストウ・イースト駅は同時に余分な駅となり、閉鎖された。元々橋には単線があっただけであるが 1853 年 4 月 18 日に第二の軌道が使用されるようになった。新しい鉄道はロンドンとスウォンジー間の旅程を、鉄道 + 道路 + 渡し舟による 15 時間から、鉄道の 5 時間に削減した。

ブルネルが気が付いたことは断面が円形の中空なガーダーで、わずかに湾曲したものが、圧縮と張力 (テンション) に優れていて、これに吊り鎖をぶら下げて、硬く自己支持をする構造を形成でき、スチーブンソンの箱型ガーダーよりも随分軽く (従って、ずっと安く) できることであった。塔から鎖をぶら下げて、これで路面を吊るす代わりに、ブルネルは鎖でチューブに応力を与えて湾曲させ、チューブは支柱を利用して鎖を支えた。路面は剛性が高く、これは橋が鎖により、効果的に留められていたからであった。ブルネルは自分の方法で問題を解き、100 年以上もの間、チェプストウ橋、続いてロイヤル・アルバート橋のみが、英国の鉄道システムにおける吊り橋であった。

見かけ上はライバルであったが、ブルネルとスチーブンソンは偉大な私的友人であり、彼らは専門的に互いを支援した。スチーブンソンによるディー川にかかる鋳鉄製のガーダー橋が崩壊したことで、数名が死亡した事件の調査中にスチーブンソンはプレッシャーを受けた。ブルネルは彼を見捨てなかった。ブルネルは鋳鉄製のガーダーをそのような目的に使用することを極端に嫌悪していたのにもかかわらず、反対尋問を専門家として受けた時に、これを否定することを拒否した。彼はまたスチーブンソンに精神的な支えを提供し、偉大なブリタニア橋の箱型ガーダーが水面に浮いたときにスチーブンソンと同席し、これはその後ジャッキで最終位置に持ち上げられた。 1852 年の 2 月 24 日のタイムズの報道によれば、「有名な技術者であるスチーブンソン氏は (チェプストウにおける鉄道) 橋を精査し、ブルネル氏が採用した計画に同意した」。

橋は特定の問題に対し、利用可能な材質を使用する過激なデザインの勝利であった。全経費 (£77,000) はコンウィ橋の経費 (£145,190 18s (シリング) 0d (ペンス)) の半分であった。主スパンはコンウィの 400 フィート (120 m) と比べると、300 フィート (91 m) しかなかったが、コンウィで必要とされた中間の基礎がなく、しかも更に陸上の 300 フィート (91 m) の複数のスパンが含まれていた。

橋の外見に関して、「挿絵入りのロンドン・ニュース」 (週刊誌) が述べることによれば、「この場所の奇妙な点はアートを表示していないことである」 -- すなわち、建築的な装飾のことを指し、大きな機械的な作品を、見かけ上の柱やピラスターや小さな装飾上の詳細で飾ることを拒否したのである。

橋はフィンチ・ワイリー (Finch & Willey) の共同出資者であるリバプールのエドワード・フィンチ (Edward Finch) によりブルネルのために建設された。橋が完成後、フィンチはチェプストウに残り、川岸でこの場所に技術事業、後に造船事業を発展させた。隣接する場所は「メイビー橋梁」 (以前の「フェアフィールド・メイビー」) が占有し、プレハブ型式の橋の建設に従事しており (2012 年においてもいまだに建設しており)、 1987 年には A48 道路の道路橋の建設に責任を負い、この橋は現在は鉄道橋の横を走っている。

しかしながら、ブルネルでさえ絶対に間違いがないわけではなく、彼の先を見越した考えにより、ストレス軽減のために、鎖が、これを支える路面の支持構造に対して、わずかに移動できるようにした。しかし、これは構造の劣化を招いた。 1950 年代に橋を利用する列車の速度を時速 15 マイル (24 km/h) に制限したが、これはガーダーの幾つかがゆがんだためであった。 1962 年に、主スパンの下で橋を支える新しい構造が設置された。

ここで言及した橋に関しては、ウィンザーとコンウィの橋はまだ健在で、まだ使用されている。もっともコンウィのスパンは中間に支えを設置したため、短くなった。ブリタニア橋は火災の後の 1970 年に取り換える必要があった。にもかかわらず、ブルネルのチェプストウ橋は (デザイン上の) 分水嶺で、彼の偉大な主要作品 -- ソルタッシュでテイマー川にかかるロイヤル・アルバート橋 -- のデザインの最終的な改良につながるのである。この橋はコーンウォールに進入するかってのコーンウォール鉄道本線を支え続けている。


チェプストウでワイ川を越えるブルネルの元々の鉄道橋 1962 年に交換される前の姿	水平ガーダー」の現存する節 (ふし) の一つで今では隣接する「メイビ－橋梁」の事務所の外で保管


ブルネルの鋳鉄製の柱で元々利用されたものが、現代の鉄道橋と路面の下にあるトラスを支えている。	現代のチェプストウ鉄道橋