箱桁

箱桁または管状桁（または箱梁）は、Ɪ 梁またはH 梁とは対照的に、複数の壁を持つ密閉された管を形成する桁です。もともとは錬鉄をリベットで接合して構築されていましたが、現在では圧延または溶接鋼、アルミニウム押し出し材、またはプレストレストコンクリートで作られています。

Ɪ ビームと比較した場合、ボックスガーダーの利点は、ねじれに対する耐性が優れていることです。複数の垂直ウェブがあるため、同じ高さのꞮ ビームよりも多くの荷重を支えることができます(ただし、同等の容量を持つより高い Ɪ ビームよりも多くの材料を使用します)。

箱桁と管状桁の名称の区別は正確ではありません。一般的に、特に断面が長方形の場合は、箱桁という用語が使用されます。ブリタニア橋のように、桁が「箱」の中に「内容物」を運ぶ場合は、管状桁と呼ばれます。ロイヤルアルバート橋のように、桁の断面が円形または楕円形の場合も、管状桁が使用されます。

大型の箱桁に 2 つ以上の壁、つまり複数の箱が含まれる場合、それはセルラー桁と呼ばれます。

発達

箱桁の理論的基礎は、主に技術者のウィリアム・フェアベアン卿が数学者のイートン・ホジキンソンの協力を得て1830 年頃に作り上げたものである。彼らは、リベット留めされた錬鉄板という新しい素材を使って、可能な限り最も効率的な梁を設計しようとした。

細胞構造

ほとんどの桁は静的荷重がかかっており、片方のウェブは圧縮され、もう片方は張力を受けています。フェアバーンのオリジナルのクレーンは、座屈に抵抗するために、ジブの圧縮面にセル構造を採用していました。このジブは湾曲し、先細りになっており、リベット留めされた錬鉄板で形成されていました。この桁の凹面（下面）の内側には、やはりリベット留めされた板で 3 つのセルが形成されていました。^[1]

管状の桁が橋のスパンとして使用される（つまり、クレーンのように片端ではなく中央に荷重がかかる）場合、圧縮力は桁の上部ウェブに作用するため、セルは上部に配置されます。動的な力（移動荷重、風）によっても、両面がセル構造であることが要求されることがあります。（保存されているブリタニア橋の断面を見ると、上部フランジと下部フランジの両方がセル構造であることが分かりますが、（フェアベアンによれば）下部フランジのセル構造が採用されたのは、耐えなければならない力の性質のためではなく、^その^大きさと、その結果として「固体の塊で必要な断面積を達成しようとした場合に遭遇するであろう実際的な困難」のためです）^[2]^{: 183}

ある意味、これは「セルラーガーダー」ではありません (スペースフレームや測地線構造と比較すると)。セルはガーダー全体からの荷重を分担せず、1 つのプレートを単独で補強するだけだからです。このような複雑な統合構造の設計には、フェアバーンの時代よりも前の数学的モデリング技術が必要です。

橋梁

フェアバーンの理論上の桁は、長大な鉄道橋の需要が高まっていた時期にちょうど登場した。ロバート・スティーヴンソンは、彼とホジキンソンの両名を、ブリタニア橋とコンウィ橋の建設に協力するコンサルタントとして雇った。どちらの橋も、大きな管状の桁の中に線路が収められていた。その後まもなく、ブルネルもチェプストウのより大きなトラスの一部として、小径の丸桁を2つ使うことを選択した。しかし、1860年代に使用されていた最長スパンの鉄道橋の多くは管状の桁または箱形桁を使用していたが^[3]、ベンジャミン・ベイカーは著書『長大スパンの鉄道橋』の中で、すでに「ウェブプレート付き箱形桁」は「長大スパンの鉄道橋には最も不向きな形式であり、調査する必要がある」と却下していた。^[4] コロナド湾橋には最も高い箱形桁がある。

浅い長方形の断面と翼型の特徴を持つ箱桁橋は、ゴールデンゲートブリッジなどの以前の橋で使用されていたより深いトラス型の桁構造よりもはるかに軽量であるため、セヴァーン橋などの道路橋では1960年代以降広く使用されるようになりました。

箱桁橋の安全性への懸念

1970 年代初頭、ウェールズのクレダウ橋、オーストラリアのウェストゲート橋、ドイツのコブレンツ橋など、建設中に多くの箱桁橋が崩壊しました。これにより、箱桁の継続使用に対する深刻な懸念が生じ、その安全性に関する広範な研究が行われました。この研究にはコンピューターモデリングの早い段階からの使用が含まれ、土木工学における有限要素解析の発展に拍車がかかりました。

参照

橋

管状橋
- ブリタニア橋
- コンウィ鉄道橋
箱桁橋
- セヴァーン橋
- クレダウ橋
- ウェストゲートブリッジ
- コブレンツ橋
- ゲートウェイブリッジ、ブリスベン、クイーンズランド、オーストラリア

参考文献

^ フェアベアン、ウィリアム(1856)。エンジニアのための有用な情報。ロンドン: ロングマンズ。p. 283。フェアベアンボイラー。
^ ab フェアベアン、ウィリアム（1849）。ブリタニアおよびコンウェイ管状橋の建設に関する記録。ロンドン：ジョン・ウィール。
^ ウィリアム・ハンバー (1870)。鋳鉄および錬鉄橋建設に関する包括的論文、鉄基礎を含む: 本文。第 1 巻 (第 3 版)。ロックウッドアンドカンパニー。pp. 90–91。-ベンジャミン・ベイカーの「長大橋に関する有名な小論文」の初版からの表を再現
^ ベイカー、ベンジャミン (1873)。『長大鉄道橋』（第2版）。ロンドン：EF Spon。p.8。

[Fairbairn,_Useful_Information_for_Engineers-1] フェアベアン、ウィリアム(1856)。エンジニアのための有用な情報。ロンドン: ロングマンズ。p. 283。フェアベアンボイラー。

[Fairbairn1849-2] フェアベアン、ウィリアム（1849）。ブリタニアおよびコンウェイ管状橋の建設に関する記録。ロンドン：ジョン・ウィール。

[Humber1870-3] ウィリアム・ハンバー (1870)。鋳鉄および錬鉄橋建設に関する包括的論文、鉄基礎を含む: 本文。第 1 巻 (第 3 版)。ロックウッドアンドカンパニー。pp. 90–91。-ベンジャミン・ベイカーの「長大橋に関する有名な小論文」の初版からの表を再現

[4] ベイカー、ベンジャミン (1873)。『長大鉄道橋』（第2版）。ロンドン：EF Spon。p.8。