バルーンフランジガーダー

バルーンフランジ ガーダーは、垂直I ビーム 錬鉄プレート ガーダーの一種で、上部フランジが単純な平板ではなく、中空のチューブに延長されています。ガーダーに正の曲げモーメントがかかると、上部フランジは圧縮作用をするため、平板フランジはバルーン フランジよりも局部座屈の影響を受けやすくなります。

このタイプの桁はほとんど使用されておらず、 1840 年代と 1850 年代の イザムバード・キングダム・ブルネルのみが使用していました。

ブルネルは、橋梁や機械構造の理論的、数学的分析が進んだ時代に活動していた。ウィリアム・フェアベアンの研究、特にコンウィのようなスティーブンソンの管状橋に関連して、圧縮された梁が座屈して破損する仕組みについての理解が深まった。

ブルネルは、鋳鉄を材料として、少なくとも大きな梁に関しては信用していなかったことで知られていた。 ^{[1] [2] [i]}鋳鉄に対するこの不信感は、友人のスティーブンソンが大胆に設計した鋳鉄製のディー橋(1846 年) が 1847 年に崩壊したときに証明された。ブルネルはその後の調査で支持の証拠を示したが、これは鋳鉄製の大きな梁を支持するものではなく、スティーブンソンが当時の知識の範囲内で有能な技術者であるという根拠に基づいていた。^[1]スティーブンソンのディー橋はトラス桁を使用しており、逆 T 字型の鋳鉄桁が錬鉄製のテンション バーでトラス化されていた。この設計ミスが橋の崩壊の一因となり、トラス ロッドの張力によって桁上部の圧縮が増大し、柱状の崩壊を起こした。それにもかかわらず、後知恵ではあるが、ブルネルはトラスの設計に同様の応用張力チェーンを使用するだろう。^[4]

1840年代頃、パドリング炉の発達により錬鉄のコストが下がり、圧延工場の改良により大きな平らな断面の生産が可能になりました。この鉄は、平らな断面をリベットで組み立てる桁の建設に経済的に利用できるようになりました。^[5]

ブルネルは、パディントンのビショップズ・ブリッジ運河橋の比較的短い35フィートのスパンに、鋳鉄製の単純な球状頭桁の実験をすでに行っていた。この桁には、張力を受けるT字型の下部フランジと、圧縮を受ける上端のより大きな円形球状部があった。 [ ^{ii] [ 7] [8]}ブルネルはいつものように、1838年にこれらの桁のサンプルを水圧で強度試験し、その結果を「事実」の本の1つに記録した。^[6]

長大橋用の信頼性の高いトラス桁を開発するため、ブルネルは実物大の桁で注目すべき実験を行った。^[9]この実験では、長さ 70 フィートの錬鉄製のプレート ガーダー 1 本が使用され、最初は 165 トンの荷重で崩壊点まで荷重がかかり、その後、修理後に 188 トンまで荷重がかかった。^{[10] [iii]ブルネルは、この桁の破損メカニズムは、}圧縮力を受ける上部フランジの座屈崩壊である可能性が高いことを認識していた。これを防ぐため、フランジは三角形のプレートで支えられ、フランジもわずかに湾曲していた。^[iv]この実験は大成功で、橋は最終的にかなりの荷重で崩壊したが、これは以前の設計と比較して、この容量の橋の建設資材の効率的な使用を示している。^[12]

ブルネルは、サウスウェールズ鉄道でこの桁を早くから広く使用しました。この桁は 100 フィートまでのスパンに使用され、それを超えるスパンには鉄製トラス橋が使用されました。

板圧延技術の改良により、桁の形状を変更することが可能になった。三角形のガセットを備えたわずかに湾曲した上板だけでなく、半円形の板を圧延することが可能になった。これにより、図の2番目の断面に示すように、完全に発達した「バルーン」形状を使用できるようになりました。^[10]桁の上部ウェブは半円形で、Lストリップでセンタープレートにリベット留めされていました。同様に湾曲した側面ガセットは、当初使用されていた別のLストリップではなく、この上板の縁に平行にリベット留めされました。ブルネルは（おそらく正しく）、イートンの数学的分析ではなく、設計に対する彼の幾何学的アプローチの影響を受けて、滑らかなバルーン形状をより効率的な設計と見なしました。より実用的な点として、平行重ね継ぎにより、Lストリップと比較して必要なリベットの量が半分になりました。

これらの橋はいずれもバルーン橋の形で現存していないことが知られているが、1本の橋桁が後にブリッジェンド近郊のコイティ道路を横切る橋の拡幅工事（1861年）に再利用され、そのまま残されている。^[13]コイティ道路の橋はこの日以前に建設されていたが、新設のスリンヴィ渓谷鉄道を収容するために拡幅された。橋の片側は新しい側線を収容するために外側に移動され、その側にバルーン橋桁が設置された。この橋桁（特にブルネルの死後に設置されたため）は以前はSWRの他の場所で使用されていたと考えられているが、^[13]元々の設置時期と場所は不明である。

同様の橋桁がオーバーでセヴァーン川を渡るのに使われた。^{[10] [14]}

次の開発では、半円形の上部フランジはそのまま残されましたが、側面のガセットは完全に廃止されました。これは、フランジの深さが、別のプレートで支えられなくても十分に頑丈であると考えられたためです。これにより、塗装のために内部にアクセスしやすくなりました。断続的なクロスダイヤフラムがフランジ全体に配置され、メインウェブに対する位置を維持し、横揺れによる歪みを回避しました。^[10]

この桁の形状はブルネルの東ベンガル鉄道の工事で広く使用されました。^[10]

ブルネルは1848年から1849年にかけてブリストル港のカンバーランド湾の入口閘門を再建した際、ブルネル初の可動橋となる「旋回橋」も建設した。 ^{[10]これはセンターピボット構造であったが、非常に非対称で、船外側が陸側よりもほぼ3倍長く、大きな鋳鉄製の}カウンターウェイトでバランスが取られていた。^[10]

この橋は軽量道路用で、鉄道や列車の重量を支える必要がなかったため、桁は製造を簡素化する軽量構造となっていた。サウスウェールズ鉄道の橋梁に似た形状のフルバルーン上部フランジが使用されたが、フランジは桁の主ウェブより上に位置し、ウェブはフランジをまたいで上部まで達していなかった。これにより、Tジョイント、必要なLストリップ、および数列のリベットが不要となり、構造が簡素化された。^[10]

下部フランジは完全に新しい形状で、断面は三角形だが、側面は凹状になっている。また、メインウェブはフランジをまたいでいない。3つのジョイントはすべて、単列リベットによる単純な重ね継ぎになっている。^[10]

ブルネルが初期に設計した橋の多くと同様に、ブルネルの関与は忘れ去られ、無名の作品にのみ記録されている。^[15]一時は取り壊しの危機に瀕していたが、歴史的重要性が再認識された。2014年に橋を修復するために100万ポンドの募金活動が開始された。^{[16] [17]}

非常によく似た回転橋が数年後にロシアのクロンシュタットにドック橋 [ru]として建設されました。^[18]

ウィンザー鉄道橋（1849年）は、タイドアーチまたはボウストリングガーダー橋です。^[19]スパンはトラスを形成する2つのガーダーで構成されています。上部ガーダーはアーチであり、橋の重量を支えます。^[20]下部ガーダーは垂直ロッドによってここから吊り下げられており、自重を支える必要はありません。下部ガーダーの主な機能はタイとして機能することです。これにより、アーチの横方向の力が打ち消され、アーチが基礎に通常及ぼす横方向の力が回避されます。これは鉄道橋であるため、吊り橋ではデッキの揺れが問題となるため、このガーダーには補強機能もあります。

ブルネルは、両方の桁にバルーン フランジ ガーダーの形状を使用しました。上部のアーチ ガーダーは、初期の実験の三角形の形状を使用しており、上部プレートは平らで、フランジ ボックスの下に垂直のウェブはまったくありません。下部の桁は、わずかに湾曲し、ガセット プレートのない「オープン」形状のフランジを使用しています。下部の桁は重量を支えていないため、通常の座屈力の影響を受けません。

チェプストウ鉄道橋(1852) は、ブルネルのトラス構造を初めて採用した複雑な橋で、航路より高所に途切れることなく広いスパンを持つ吊り橋を造り上げた。峡谷の西岸は浅く泥だらけだったため、橋の全長の半分は鋳鉄製の円筒形の橋脚に載せた 100 フィートのスパン 3 本の桁橋で賄われた。これらの桁 (図) は、当初の実験用桁と形状やサイズが非常に似ていた。^[21]

陸側の桁は1948年に交換され、主トラスとその下の桁は1962年に交換されました。^[22]桁の一部は現在も残っています。

クラシー橋（1854-1857年）は、ディー川を渡って王室のバルモラル邸に架かる125フィートの単一径間橋である。 ^{[23] [24] [25] [26]この橋は最初、}サルタッシュのロイヤルアルバート橋を模したブルネルトラスの形で描かれた。^[27]しかし、建設された橋は、イースタンベンガル鉄道で使用されたC字型のオープンフォームの上部フランジを使用した。この橋は軽い道路交通のみを対象としていたため、道路面より上の桁の堅いウェブを透かし格子に置き換えることも可能であり、これにより、橋からの眺めは、この橋に住む高名な住人にとって視覚的に魅力的になった。それにもかかわらず、女王陛下はこの橋に「面白がっていなかった」。^{[23] [24]}

1857年にウィルトシャーのデヴィゼスからカーン・ヒルまでを走る路線は、バルーンフランジをレンズ状のプレートガーダーと組み合わせた珍しい開発で道路上に架けられました。^{[28] [29]}このレンズ状の魚の腹のような形状から、「フィッシュ・ブリッジ」という通称が付けられました。ブルネルはトラス設計の仕事を通じて、すでにレンズ状の形状の利点をよく知っていました。

元々のフィッシュ橋は1901年に弓弦トラスに架け替えられた。^[30]ビーチング・アックス作戦中に鉄道が撤去された後も、この名前は一般に使われ続けた。

• オーバージャンクション橋、オーバーにあるセヴァーン川に架かる鉄道橋。（1848年）^[14]
• カンバーランド・ベイシン、ブリストル港（1849年）^{[31] [32]}固定スパンの1つが最近修復され、歩道橋として使用されている。
• ウィンザー鉄道橋（1849）
• チェプストウ鉄道橋（1852年）^[22]橋桁の一部はアクスブリッジのブルネル大学に現存している。^[33]
• クラシー橋（1854-1857年）から王室バルモラル邸まで。^[24]
• コシティ・ロード橋、ブリジェンド(1861) ^[13]
• ストゥーデリー橋、デボン州。半円形の開口上部フランジ、格子トラス桁、1863年頃。^[34]
• ピールストリート橋、ブリストル。半円形の開口上部フランジ、格子トラス桁、1878年。^[35]
• パディントンのビショップス橋の運河部分は、ブルネルがこの技術を初めて使用した作品かもしれない。2004年に解体され、保管された。^[36]

• ブルネルトラス

ウィキメディア・コモンズには、イザムバード・キングダム・ブルネルの橋に関連するメディアがあります。