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アーチ橋とは、両端に湾曲したアーチ状の橋台を持つ橋のことです。アーチ橋は、橋の重量と荷重を、両端の橋台によって支えられる水平方向の推力と、アーチを支える支柱にかかる垂直方向の荷重とに分割して伝達します。高架橋（長い橋）は一連のアーチで構成することもできますが、今日ではより経済的な構造が一般的に用いられています。
現存する最古のアーチ橋はおそらくギリシャのミケーネ時代のアルカディコ橋で、紀元前1300年頃に遡る。地元住民は今でもこの石造りの持ち送りアーチ橋を利用している。[ 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持ち送りアーチである。[ 2 ]紀元前4世紀のロードス歩道橋は初期のヴォールトアーチの上に架かっている。[ 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既に知られていたが、ローマ人はヴォールトやドームと同様に、橋梁建設におけるアーチの可能性を完全に認識した最初の人であった。 [ 4 ]エンジニアのコリン・オコナーがまとめたローマの橋のリストには、交通用のローマの石橋が330、ローマの木橋が34、ローマの水道橋が54あり、そのかなりの部分が今も残っており、車両を運ぶために使用されている。[ 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包括的な調査では、26か国（旧ユーゴスラビアを含む）に931のローマの橋（ほとんどが石造り）が見つかった。[ 6 ]
ローマのアーチ橋は通常半円形でしたが、アルコネタル橋のように半円形より小さい湾曲したアーチを持つセグメントアーチ橋もいくつかありました。 [ 7 ]セグメントアーチ橋の利点は、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、橋自体をより軽量にできることでした。[ 8 ]一般的に、ローマの橋は同じ大きさで同じ形の楔形の主アーチ石（ヴォスワール）を特徴としていました。ローマ人は、ポン・デュ・ガールやセゴビア水道橋のように、単径間と長大な多連アーチ水道橋の両方を建設しました。彼らの橋は、初期の頃から橋脚に洪水開口部を備えており、たとえば、ローマのポン・ファブリキウス（紀元前62年）は、現在も残っている世界最古の主要な橋の1つです。
ローマの技術者たちは、コンクリートで橋を建設した最初の人々であり、産業革命までは唯一の人々でした。彼らはコンクリート製の橋を「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。
ローマ人はまた、橋梁建設にセグメントアーチ橋を導入した。トルコ南西部にある全長330m （1,080フィート）のリミラ橋は、平均スパン対ライズ比が5.3:1のセグメントアーチが26個あり[ 9 ]、千年以上にわたって他に類を見ないほど平坦な形状をしている。ドナウ川に架かるトラヤヌス橋は、木製の開口部のあるセグメントアーチ（高さ40m（130フィート）のコンクリート橋脚の上に立っている）が特徴である。これは、全体の長さと個々のスパンの長さの両方において、千年もの間最長のアーチ橋となるはずだったが、現存する最長のローマ橋は、メリダにある全長790m （2,590フィート）のプエンテ・ロマーノである。カッパドキアにある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、橋梁建設者たちは、より細い橋脚、より薄いアーチ、そしてより高いスパン対ライズ比を用いることで、ローマ時代の橋の構造を改良しました。ゴシック様式の尖頭アーチも導入され、横方向の推力が軽減され、奇抜なプエンテ・デル・ディアブロ（1282年）のようにスパンも拡大されました。より高度な設計と橋梁建設技術の発展に伴い、多くの人々がそのような構造物が製造され、あれほどの荷重を支えることができるとは信じられなかったため、 「悪魔の橋」という通称がヨーロッパ中で広く使われるようになりました。
特に14世紀には、橋梁建設は新たな高みに達した。石造アーチ橋の歴史上、それまで前例のなかった40メートル（130フィート）のスパン長が、スペイン（プエンテ・デ・サン・マルティン）、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、さまざまな場所で実現し、半円形、尖頭アーチ、セグメントアーチなど、さまざまなアーチタイプが用いられた。15世紀に破壊されたトレッツォ・スル・アッダの橋は、 72メートル（236フィート）のスパン長を誇り、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セグメントアーチ橋、ポンテ・ヴェッキオ（1345年）のような建造物は、優れた工学技術（スパン対高さ比が5.3:1以上）と美的魅力を兼ね備えていました。ルネサンス期のポンテ・サンタ・トリニタ（1569年）の3つの優美なアーチは、世界最古の楕円アーチ橋を構成しています。このような低い高さの構造物には巨大な橋台が必要で、ヴェネツィアのリアルト橋（1591年）やニュルンベルクのペグニッツ橋またはフライシュ橋（1598年）（スパン対高さ比6.4:1）では、横方向の推力をより効果的に相殺するために、何千本もの木杭が地面に斜めに打ち込まれていました。
中国で現存する最古のアーチ橋は西暦605年の趙州橋で、5.2:1という非常に低いスパン対ライズ比と、スパンドレルアーチ（鉄製のブラケットで支えられている）の使用を組み合わせている。長さ51メートル（167フィート）、スパン37.4メートル（123フィート）の趙州橋は、洪水時の通行量を増やすことができる世界初の完全石造りの開口部付きスパンドレルセグメントアーチ橋である。[ 12 ]穴の開いたスパンドレルを持つ橋は、ギリシャのアルタ橋（17世紀）やウェールズのセナース橋（18世紀）など、世界中で見られる。
18世紀から19世紀にかけての産業革命の到来とともに、トーマス・テルフォード、ジョン・レニー、そして後にはイザムバード・キングダム・ブルネルといった多くの著名なイギリスの土木技師によって、石造りやレンガ造りのアーチ橋が引き続き建設されました。彼らはまた、鋳鉄などのさまざまな材料の現代的な使用も開始しました。テルフォードは、伝統的な木工技術で構築された鋳鉄のセクションからなる単一のアーチを持つ、金属製の最初の橋であるアイアンブリッジを設計し、1781年に完成させました。その後、鋼鉄とコンクリートがアーチ橋の建設にますます使用されるようになり、他の材料はほとんど使われなくなりました。重要な先駆者の一人はジャン＝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ライズ比を使用しました。
石、レンガ、その他の材料は圧縮には強く、せん断にもある程度強いが、引張力にはあまり耐えられない。そのため、石造アーチ橋は、可能な限り常に圧縮状態を保つ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構築される。初期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重量を支えていた。橋にかかる重量が増えるほど、構造は強くなった。石造アーチ橋では、アーチの上に充填材（通常は圧縮された砕石）を充填して橋の自重を増やし、荷重が橋を横切る際にアーチリングに張力が発生しないようにしている。このタイプの橋の建設に使用された他の材料には、レンガや無筋コンクリートなどがある。石造（切石）を使用する場合は、せん断力を最小限に抑えるために面の角度が切られている。未加工・未加工の石材（ランダムに積み上げられた石）を使用する場合は、それらをモルタルで接合し、仮設構造物を取り外す前にモルタルが固まるまで待つ。
伝統的な石造アーチ橋は一般的に耐久性があり、沈下や地盤沈下にもある程度耐性があります。しかし、現代の代替構造物と比較すると、こうした橋は非常に重く、大規模な基礎工事が必要となります。また、人件費の高い地域では建設費用が高額になるという欠点もあります。
持ち送りアーチ橋は、石積みの橋で、各段（層）が前の段よりもわずかに大きく張り出しているのが特徴です。[ 13 ]石積みの段は、アーチを丸みを帯びた形にするために削られることがあります。[ 14 ]持ち送りアーチは、アーチの底部に推力、つまり外向きの圧力を生じさせないため、真のアーチとはみなされません。推力がないため、真のアーチよりも安定しています。欠点は、このタイプのアーチは大きなスパンには適さないことです。[ 15 ]
運河や水道管が谷を横断する場合など、比較的高い標高で広い隙間を横断する必要がある場所もあります。非常に大きなアーチや非常に高い支柱（石造りでは建設が難しい）を建てる代わりに、アーチ構造を積み重ね、基部を広くした構造物を構築します。ローマの土木技術者たちは、シンプルな材料、設備、そして数学のみを用いて、この設計を開発し、高度に洗練された構造物を建設しました。このタイプの構造は、特に水面を横断する場合、アーチの反射が円や楕円の視覚的印象を与えるため、その美しい形状から、現在でも運河の高架橋や道路で使用されています。
このタイプの橋は、アーチの上にデッキが完全に載っている構造になっています。アーチとデッキの間の部分はスパンドレルと呼ばれます。スパンドレルが中実の場合（通常、石造りまたは石造りのアーチ橋の場合）、その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複数の垂直柱で支えられている場合、その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一例です。最後に、アーチがデッキを上部のみで支えている場合、その橋はカテドラルアーチ橋と呼ばれます。[ 16 ]
このタイプの橋は、アーチの基部が橋桁と同じ高さかそれより低い位置にあり、頂部が橋桁より高くなっている構造で、橋桁はアーチを貫通します。橋桁の中央部は、タイドアーチ橋と同様に、吊りケーブルまたはタイバーによってアーチから支えられています。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ります。アーチから支えられている部分は、スパンドレルが閉じている場合も開いている場合もあります。
シドニー・ハーバー・ブリッジとバヨンヌ・ブリッジは、トラス構造のアーチを用いた貫通アーチ橋である。
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タイロッドが組み込まれています。タイロッドは通常、橋桁であり、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。
橋桁はアーチから吊り下げられている。吊り橋ではカテナリーアーチが張力を受けるのに対し、この橋ではアーチは圧縮力を受ける。タイドアーチ橋は、貫通アーチ橋の一種でもある。
構造要素間の動きを可能にするためにヒンジが組み込まれたアーチ橋。単ヒンジ橋はアーチの頂部にヒンジがあり、二ヒンジ橋は両方の支点にヒンジがあり、三ヒンジ橋は3箇所すべてにヒンジがある。[ 17 ]
現代のアーチ橋のほとんどは鉄筋コンクリート製です。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の仮設支保工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、型枠と仮設支保工は撤去されます。また、プレキャストコンクリートを用いて鉄筋コンクリートアーチを建設することも可能で、その場合はアーチを2つの半体に分けて製作し、それらを互いに立てかけて組み立てます。
現代の多くの橋梁は、鋼鉄製または鉄筋コンクリート製で、構造内部の張力によって荷重の一部を支えています。これにより、橋台にかかる水平方向の推力が軽減または解消され、軟弱地盤への建設が可能になります。構造的にも解析的にも、これらは真のアーチではなく、アーチ形状の梁と言えます。このタイプの橋梁については、トラスアーチ橋の項を参照してください。
アーチ橋の現代的な進化形として、長大アーチ橋が挙げられる。これは、鋼鉄やプレストレストコンクリートなど、引張強度に優れた軽量素材を用いることで実現した。
2026年現在世界最大のアーチ橋は、長さ2,488 m (8,163フィート)、スパン600 m (1,969フィート)の紅水河にかかる天峨龍潭橋です。この橋は、2024 年 2 月 1 日に中国広西省で開通しました。[ 18 ]最大の石造アーチ橋 (無筋コンクリートのみで切り石から建設) は、長さ356 m (1,168フィート)、スパン146 m (479フィート)の中国晋城市の丹河橋です。[ 19 ]
「ローマ人はヨーロッパで、おそらく世界で初めて、アーチ、ヴォールト、ドームの利点を十分に理解した建築家だった。」