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アーチ橋はなぜくずれないの?アーチ橋の起源と原理について!

もりもりです。

わんこ先生~~。
僕たち、まだアーチ橋見たことないけど、橋を想像しただけで壊れそうでこわいよ~!

君たち、アーチ橋はすごく弱そうじゃが、上から強い力が加わってもくずれないのじゃよ!

アーチ橋は、弓形にそった形をした橋のことですが、そっている一番先のところにはなんのささえもありません。

・なぜ、アーチ橋はくずれない?
・アーチ橋の原理
についてお話ししますね。

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なぜ、アーチ橋はくずれない?

日本で有名なアーチ橋といえば、渓流の山口県岩国市の錦帯橋(きんたいきょう)長崎県長崎市の眼鏡橋だ。

錦帯橋は木造で、眼鏡橋は石という素材の違いはあるが、どちらも弓形にそった曲線を描く美しい構造をしている。

これが、アーチ橋の特徴だ。

アーチ橋は、上から強い力が加わってもくずれない。

たとえばまっすぐな棒を水平に置き、上から力を加えると、押されることによって棒は曲がる。

力を加え続けるとやがて折れてしまう。

一方、アーチ橋の場合、上から力を加えると、反力によってさまざまな方向から押す力がはたらく。

その力のバランスによってくずれることをふせいでいる。

画用紙ぐらいの紙があるとします 両端を持って水平に持ちます 紙の真ん中に重りを乗せます すると、紙は重みで U みたいに凹んじゃいます 次は、 画用紙の端を持つ間隔を狭めて ∩ みたいにして持ちます 真ん中に重りを乗せます 先ほどと同じ重さでも凹まずに乗せることが出来ます 。 

 

山口県岩国市の錦帯橋

錦帯橋は日本を代表する木造橋です。
橋の長さは、橋面に沿って210メートル、直線で 193.3メートル、幅は5メートル、橋台の高さは6.6メートルで、巻きガネとカスガイを使った「木組みの技法」で造られています。 

延宝元(1673)年、岩国3代藩主の吉川広嘉(きっかわひろよし)が現在の橋の原型となる木造橋を架けたが、錦川の洪水によりすぐに流失したが、改良が加えられて翌延宝2(1674)年に再建された。
昭和25(1950)年9月の台風29号(キジア台風)による洪水で流失するまでの276年間も威容を保ちました。

流失した後も、市民の強い要望によって、昭和28(1953)年に再度、木の橋として再建されました。

平成14(2002)年からは、劣化した木造部分を架け替え、平成16(2004)年3月、さらに檜の装いを新たに完成した。

 

長崎県長崎市の眼鏡橋

1634(寛永11)年、興福寺の黙子如定(もくす にょじょう)禅師が架設したとされています。

国の重要文化財に指定されています。

1982年の長崎大水害で一部崩壊したが、翌年に復元されました。

写真を見ればわかるように、川面に映る橋が重なって、まるで「メガネ」に見えますよね。

このことから眼鏡橋と名前がついたようです。

 

アーチ橋の原理

アーチ橋のはじまり・・・ 
アーチ橋は、古代ギリシャが起源であるという説や、紀元前30世紀頃にメソポタミアで尖った形のアーチが作られ、それが円形に進化したとされる説があります。メソポタミアのものは煉瓦を材料としていました。  アーチ橋が安定した構造であることは古くから知られ、その後紀元前1世紀頃にその技術が古代ローマに伝わり、石のアーチ橋が多数架けられるようになり、一部は現在も残っています。長い橋を作るためアーチを連ねる場合もあり、これも古代ローマの水道橋などが残っています。


アーチ橋の原理・・・  
アーチ橋は、弓なりのアーチ部材(アーチリブ)を用いて荷重を伝達する橋梁です。図のような外部荷重が負荷されると、アーチ部材の両端支点において、鉛直力と、アーチ部材を押し広げようとする水平力が発生します。これらに対する地盤からの反力が、アーチ反力(水平反力+鉛直反力)であり、幾何形状が生み出す独特の機構です。アーチ部材は、この合成である圧縮力が支配的となるわけです。  一般的な桁橋では鉛直荷重に対して、水平力を発生させる機構がないため、部材断面は圧縮応力と引張応力が発生します。

アーチ橋の安定・・・
石造アーチ橋の架設は、あらかじめ組まれた木製の支保工を取り外した後、しばらくの間が、試練の時といえます。 中世後期以降になって、偏平なアーチ橋が造られるようになると、支保工をはずすと落橋する石造アーチ橋もありました。支点が水平方向に少しずつずれて、これにつれてアーチ橋の中央部は次第に沈下し、やがて崩壊に至るのです。   反りの少ないアーチ橋ほど支点にかかる水平力が大きくなり、架設もむずかしくなるのです。しかし、岩盤などのしっかりした場所に建設された石造アーチ橋は、時間とともに自分の重さでより堅牢さを増してきます。大きな変化さえなければ多少基礎が移動しても、自らの形を少し変えながらこれを吸収し、安定を保つことになるのです。したがって、長年耐えてきた石造アーチ橋は容易に解体できません。 新木津川橋(しんきづがわばし)は、大阪市南西部に環状道路網を形成し、流通をスムーズにする目的で架設され、1994年に完成しました。橋長は495m、中央径間は305m、総延長は2.4km、幅員は11.25m。アーチ橋としては日本最長で、また世界でも14位の規模を誇ります。

<日本橋梁建設協会>日本橋梁建設協会 日本橋梁建設協会 技術資料

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最後に

アーチ橋って、一見するとすごく弱そうで壊れそうですが、意外にも丈夫だったんですね。

見かけも、風情がありすごくよい橋だと思います。

最後まで読んでくれてありがとうございます。