アーチ橋

アーチ橋

長崎にある二重アーチの石橋
祖先	クラッパー橋
子孫	トラスアーチ橋、ムーンブリッジ（石造）
運ぶ	歩行者、車両、ライトレール、ヘビーレール、水
スパン範囲	短いが、端から端まで接続して全長を大きくすることが多い。
材料	石工、コンクリート、錬鉄、鋳鉄、木材、構造用鋼
移動可能	いいえ
設計努力	低い
仮設工事が必要	はい

アーチ橋は、両端に湾曲したアーチ型の橋台がある橋です。アーチ橋は、橋の重量と荷重の一部を両側の橋台で抑えられた水平方向の推力に、また一部をアーチの支柱にかかる垂直方向の荷重に伝達することで機能します。高架橋(長い橋) は一連のアーチで作られることもありますが、今日ではより経済的な他の構造が一般的に使用されています。

現存する最古のアーチ橋は、紀元前1300年頃のギリシャのミケーネ文明の アルカディコ橋であると考えられる。この石造りのコーベルアーチ橋は、現在でも地元の人々に使用されている。^[1]保存状態の良いヘレニズム時代の エレウテルナ橋は、三角形のコーベルアーチである。^[2]紀元前4世紀のロードス歩道橋は、初期の石材アーチの上に架けられている。^[3]

真のアーチはエトルリア人や古代ギリシャ人によってすでに知られていましたが、アーチが橋の建設に潜在する能力を、ヴォールトやドームと同様に、初めて完全に認識したのはローマ人でした。 ^[4]技師コリン・オコナーがまとめたローマの橋のリストには、交通用の石造ローマ橋が330基、木造ローマ橋が34基、水道橋が54基掲載されており、その大部分は今も残っており、車両を運ぶためにも使用されていました。^{[5]イタリアの学者ヴィットリオ・ガリアッツォによるより徹底した調査では、26か国（旧}ユーゴスラビアを含む）に931基のローマの橋があり、そのほとんどは石造でした。^[6]

ローマのアーチ橋は通常半円形であったが、半円未満の湾曲したアーチを持つ分節アーチ橋（アルコネタル橋など）もいくつかあった。 ^[7]分節アーチ橋の利点は、大量の洪水が橋の下を通過できるため、洪水時に橋が流されるのを防ぎ、橋自体を軽量化できることだった。^[8]一般的に、ローマの橋は、サイズと形状が同じくさび形の主要なアーチ石（セリ石）を特徴としていた。ローマ人は、ポン・デュ・ガールやセゴビア水道橋などの単一スパンと長い複数アーチの水道橋の両方を建設した。ローマの橋は、例えばローマのファブリキウス橋（紀元前62年）のように、橋脚に洪水用の開口部を持つのが早い時期から特徴であり、これは現存する世界最古の主要な橋の1つである。

ローマの技術者は、産業革命まで、コンクリートで橋を建設した最初の、そして唯一の技術者でした。彼らはそれをオプス・カエメンティキウムと呼びました。アルカンタラ橋のように、 外側は通常レンガや切石で覆われていました。

ローマ人は橋の建設に分節アーチ橋も導入した。トルコ南西部にある全長330メートルのリミラ橋は、平均スパン対高さ比が5.3:1の26の分節アーチを備えており、^[9]千年以上もの間、他に例を見ないほど平坦な形状となっている。ドナウ川に架けられたトラヤヌス帝の橋は、木製のオープンスパンドレル分節アーチ（高さ40メートルのコンクリート橋脚の上に立つ）を備えていた。この橋は、全長と個々のスパン長の両方において、千年間で最長のアーチ橋となったが、現存する最長のローマ橋は、メリダにある全長790メートルのプエンテ・ロマーノである。カッパドキアの後期ローマ時代のカラマガラ橋は、尖頭アーチを備えた現存する最古の橋である可能性がある。^[10]

中世ヨーロッパでは、橋の建設者たちは、ローマ時代の構造を改良し、より狭い橋脚、より薄いアーチ胴、より高いスパン対高さ比の橋を採用しました。ゴシック式の尖頭アーチも導入され、横方向の推力が減少し、偏心したディアブロ橋(1282) のようにスパンが増加しました。

特に14世紀には橋の建設が新たな高みに達した。石造アーチ建設の歴史においてそれまで聞いたことのない40メートル（130フィート）のスパン長が、スペイン（サン・マルティン橋）、イタリア（カステルヴェッキオ橋）、フランス（悪魔の橋とポン・グラン）などさまざまな場所で達成され、アーチの種類も半円形、尖頭アーチ、円弧アーチなど多岐にわたる。15世紀に破壊されたトレッツォ・スラッダの橋は、スパン長が72メートル（236フィート）もあり、1796年までこれに匹敵するものはなかった。^[11]

高く評価されているフィレンツェの円弧アーチ橋、ヴェッキオ橋（1345年）などの建造物は、健全な工学技術（スパン対高さの比率が5.3対1以上）と美的魅力を兼ね備えています。ルネッサンス様式の サンタトリニタ橋（1569年）の3つの優雅なアーチは、世界最古の楕円アーチ橋を構成しています。このような低い構造には巨大な橋台が必要であり、ヴェネツィアの リアルト橋やニュルンベルクのフライシュ橋（スパン対高さの比率が6.4対1）では、横方向の推力をより効果的に打ち消すために、地面に部分的に斜めに打ち込まれた何千もの木製杭の上に橋台が構築されました。

中国で現存する最古のアーチ橋は、 605年に建造された趙州橋で、5.2:1という非常に低いスパン対高さの比と、スパンドレルアーチ（鉄製のブラケットで支えられた）の使用を組み合わせました。長さ167フィート（51メートル）、スパン123フィート（37メートル）の趙州橋は、世界初の完全に石造りのオープンスパンドレルセグメントアーチ橋であり、洪水の水をより多く通過させることができました。^{[12]有孔スパンドレルを備えた橋は、中国（}趙州橋、7世紀）、ギリシャ（アルタ橋、17世紀）、ウェールズ（ケナルス橋、18世紀） など、世界中で見られます。

近代になっても、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・レニーなど多くの土木技師によって石やレンガのアーチが建設され続けました。重要な先駆者はジャン＝ロドルフ・ペロネで、彼ははるかに狭い橋脚、改良された計算方法、そして非常に低いスパン対高さ比を使用しました。鋳鉄、鋼鉄、コンクリートなどのさまざまな材料がアーチ橋の建設にますます使用されるようになりました。

石、レンガなどの材料は、圧縮には強く、剪断にもある程度強いが、引張にはほとんど抵抗できない。そのため、石造アーチ橋は、可能な限り常に圧縮状態になるように設計されている。各アーチは、センタリングと呼ばれる仮設の仮設フレームの上に建設される。最初の圧縮アーチ橋では、橋の中央にあるキーストーンが橋の残りの部分の重量を支えていた。橋にかかる重量が大きければ大きいほど、構造は強くなった。石造アーチ橋では、アーチの上に一定量の充填材（通常は圧縮した瓦礫）を使用して、橋にかかるこの自重を増やし、荷重が橋を横切って移動するときにアーチリングに張力が生じないようにしている。このタイプの橋を建設するために使用された他の材料は、レンガと無筋コンクリートであった。石造（切石）が使用される場合、面の角度は剪断力が最小限になるようにカットされる。ランダムな石積み（切断も準備もされていない石）が使用される場合は、モルタルで固め、仮組を取り除く前にモルタルが固まるようにします。

伝統的な石積みアーチは一般的に耐久性があり、沈下や地盤沈下に対してある程度耐性があります。しかし、現代の代替手段と比較すると、このような橋は非常に重く、大規模な基礎を必要とします。また、人件費が高い場所では建設費用も高くなります。

• アーチが水路床（橋脚または堤防）に建設される場合、水は迂回され、最初に砂利が掘削され、（強い材料の）良好な基礎に置き換えられます。そこから、基礎橋脚がアーチの予定の土台の高さまで建てられます。この高さは、スプリングと呼ばれるポイントです。
• 支保工のセンタリング（イギリス英語ではアーチフレーム）は、通常、木材と板から作られます。多アーチ橋の各アーチは、隣接するアーチに推力をかけるため、橋のすべてのアーチを同時に持ち上げるか、非常に幅の広い橋脚を使用する必要があります。端のアーチからの推力は、峡谷の壁にある頑丈な（垂直な）基礎、または、アーチで作られることもある橋への傾斜路を形成する大きな傾斜面によって地中に吸収されます。
• 複数のアーチ（または単一のアーチ）が、センタリングの上に構築されます。各基本アーチバレルが構築されると、アーチ（またはアーチ）は、水平に走る結合層（層）に敷かれる可能性のある充填石積みで上部に安定化されます。これらは、スパンドレルと呼ばれる 2 つの外壁を形成し、適切な緩い材料と瓦礫で充填されます。
• 道路は舗装されており、欄干壁が交通を橋の周囲に制限しています。

• 
  ギリシャのアルカディコ橋にある、キュクロプス式石積みで造られたコーベルアーチ
• 
  ギリシャのエリューテルナ橋を支える二等辺三角形のコーベルアーチ
• 
  石積みが整えられていないコーベルアーチ
• 
  石積みをアーチ形に切り取ったコーベルアーチ

コーベルアーチ橋は、石積みの橋で、各層が前の層よりもわずかに張り出している。^[13]石積みの段は、アーチを丸い形にするために切り詰められることがある。^[14]コーベルアーチは、アーチの底部にスラスト、つまり外向きの圧力を生じないため、真のアーチとは見なされない。このスラストがないため、真のアーチよりも安定している。欠点は、このタイプのアーチは大きなスパンには適していないことである。 ^[15]

• 水道橋と運河高架橋
• 
  ローマのポン・サン・マルタン
• 
  3階建てのローマ水道橋ポン・デュ・ガール
• 
  リミラのローマの円弧アーチ橋

場所によっては、運河や給水路が谷間を横断しなければならない場合など、比較的標高の高い広い隙間を横断する必要があります。極端に大きなアーチや非常に高い支柱を建設する代わりに (石材では困難)、一連のアーチ構造を 1 つずつ積み重ね、基礎部分に幅の広い構造物を置きます。ローマの土木技術者が設計を発展させ、単純な材料、設備、数学のみを使用して高度に洗練された構造物を建設しました。このタイプは、特に水面を横断する場合にアーチの反射が円や楕円の視覚的印象を与えるため、形状が美しいため、運河の高架橋や道路で今でも使用されています。

• デッキアーチ橋
• 
  オープンスパンドレルデッキアーチ橋の図
• 
  グロブナー橋（チェスター）、スパンドレルアーチ橋
• 
  アレクサンダー・ハミルトン橋、オープンスパンドレルアーチ橋
• 
  ガリーナ クリーク橋、大聖堂のアーチ橋

このタイプの橋は、デッキが完全にアーチの上にあるアーチで構成されています。アーチとデッキの間の領域はスパンドレルと呼ばれています。スパンドレルが中実の場合、通常は石造または石のアーチ橋の場合、橋はクローズドスパンドレルデッキアーチ橋と呼ばれます。デッキがアーチから立ち上がる多数の垂直の柱で支えられている場合、橋はオープンスパンドレルデッキアーチ橋と呼ばれます。アレクサンダーハミルトン橋はオープンスパンドレルアーチ橋の例です。最後に、アーチがアーチの上部でのみデッキを支えている場合、橋はカテドラルアーチ橋と呼ばれます。^[16]

このタイプの橋には、アーチの基部がデッキと同じかデッキより下にあるが、最上部がデッキより上に上がっているため、デッキがアーチを貫通している。デッキの中央部分は、タイドアーチ橋と同様に、吊りケーブルまたはタイバーを介してアーチによって支えられている。橋の両端は、デッキアーチ橋と同様に、下から支えられる場合がある。下のアーチから支えられる部分には、閉じたスパンドレルまたは開いたスパンドレルがある場合がある。

シドニーハーバー ブリッジとベイヨン ブリッジは、トラス型アーチを採用した下路アーチ橋です。

弓弦アーチとも呼ばれるこのタイプのアーチ橋は、アーチの両端の間に連結部が組み込まれています。連結部は通常はデッキで、アーチ橋の橋台に通常かかる水平方向の推力に耐えることができます。

デッキはアーチから吊り下げられています。吊り橋ではカテナリーが張力状態ですが、アーチは圧縮状態です。タイドアーチ橋は、貫通アーチ橋にもなります。

• 
  フリーモント橋のデッキはアーチを通り、中央のスパンはアーチから吊り下げられてアーチと結びついており、デッキの側方スパンは支えられています。

構造要素間の移動を可能にするためにヒンジが組み込まれたアーチ橋。シングルヒンジ橋はアーチの頂部にヒンジがあり、ツーヒンジ橋は両方の跳ね上げ部にヒンジがあり、スリーヒンジ橋は3つの場所すべてにヒンジがあります。^[17]

• さまざまな種類のアーチ橋
• 
  ボスニア・ヘルツェゴビナのモスタルにある単アーチ橋スタリ・モスト
• 
  スペインのディアブロ橋の尖頭アーチ
• 
  アルテ ナヘブリュッケ(  1300年頃) は橋脚で建物を支えています
• 
  クレーマー橋（1325年） – ヨーロッパで人が居住し続けている最長の橋。
• 
  サンタトリニタ橋。楕円形のアーチを持つ最初の橋
• 
  イタリア、ヴェネツィアの大運河にかかるリアルト橋（2011年）
• 
  アーチの水平方向の力を受ける支柱のアプローチランプが見える石造りの月橋
• 
  フレドリクスタ、ノルウェーのフレドリクスタ橋
• 
  オハイオ州コロンバスにあるメインストリート橋は、北米で唯一の傾斜アーチ吊り橋です。
• 
  中国重慶市の朝天門橋は、世界最長の路面アーチ橋です。
• 
  ギリシャ、アルタのアルタ橋
• 
  ガラビット高架橋は錬鉄製のトラスアーチ橋です。
• 
  イタリア、カンパニア州サレルノ県エレアにある、ポルタ ローザと呼ばれる乾式石橋（紀元前 4 世紀） （2005 年）
• 
  チェコ共和国、チェスキー クルムロフの橋(2004)
• 
  イギリス、イングランド、チェシャー州チェスターのディー川にかかるグロブナー橋(2007)
• 
  ワシントン水道橋とマッカーサー大通り（旧称コンジット道路）を渡るユニオン アーチ橋、キャビン ジョン、メリーランド州モンゴメリー郡、アメリカ合衆国（2008 年）
• 
  アメリカ合衆国ワシントン D.C.のポトマック川にかかるアーリントン記念橋(2007 年)
• 
  アメリカ合衆国ワシントン D.C.のポトマック川にかかるフランシス・スコット・キー橋(2006 年)
• 
  アメリカ合衆国バージニア州アレクサンドリアとメリーランド州オクソンヒルの間のポトマック川に架かる州間高速道路95号線（I-95）と首都環状道路を担うウッドロウ・ウィルソン橋（2007年）
• 
  タイン川にかかるタイン橋、ニューカッスル・アポン・タイン、イングランド、イギリス (2004)
• 
  イースト川にかかるヘルゲート橋、ニューヨーク市、ニューヨーク州、アメリカ合衆国
• 
  シドニー ハーバー ブリッジ、シドニー、ニュー サウス ウェールズ、オーストラリア (2010)
• 
  金温高速鉄道大渓河橋

現代のアーチ橋のほとんどは鉄筋コンクリートで作られています。このタイプの橋は、型枠、鉄筋、未硬化コンクリートを支えるために一時的なセンタリングを設置できる場合に適しています。コンクリートが十分に固まったら、型枠と仮設土台を取り除きます。プレキャストコンクリートから鉄筋コンクリートアーチを建設することもできます。その場合、アーチは 2 つの半分に分割され、互いに寄りかかって建てられます。

現代の橋の多くは鋼鉄や鉄筋コンクリートで作られており、構造内の張力によって荷重の一部を支えていることが多い。これにより橋台に対する水平方向の推力が軽減または排除され、より弱い地盤上に建設することが可能になる。構造的にも分析的にも、これらは真のアーチではなく、アーチの形をした梁である。このタイプの詳細については、 トラス アーチ橋を参照。

アーチ橋の現代的進化は、長スパンの下貫アーチ橋です。これは、鋼鉄やプレストレストコンクリートなどの引張強度に強い軽量材料の使用によって可能になりました。

• ボイド、トーマス・D.（1978）「ギリシャ建築におけるアーチとヴォールト」アメリカ考古学誌、82（1）：83–100（91）、doi：10.2307/503797、JSTOR  503797、S2CID  194040597
• ガリアッツォ、ヴィットリオ (1995)、I ponti romani、vol. 1、トレヴィーゾ: Edizioni Canova、ISBN 88-85066-66-6
• ガリアッツォ、ヴィットリオ (1994)、イ・ポンティ・ロマーニ。一般カタログ、vol. 2、トレヴィーゾ: Edizioni Canova、ISBN 88-85066-66-6
• オコナー、コリン（1993）、ローマン・ブリッジズ、ケンブリッジ大学出版局、p. 129、ISBN 0-521-39326-4
• プロスケ、ダーク（2009）、歴史的石造アーチ橋の安全性、シュプリンガー、p. 336、ISBN 978-3-540-77616-1

ウィキメディア・コモンズには、アーチ橋に関連するメディアがあります。

• NOVA オンライン – スーパーブリッジ – アーチ橋
• 松尾橋梁株式会社 – アーチ橋
• 中西部の歴史的な橋
• マサチューセッツ州西部の歴史的なアーチ鉄道橋