鋼鉄ダム

鋼鉄ダムは、一般的な石積み、土工、コンクリート、木材などの建築材料 ではなく、鋼鉄で作られたダム（水の流れをせき止めたり遅らせたりする構造物）の一種です。

実際に建設された例は比較的少ない。米国で建設された3つのダムのうち、2つが現存している。1つはアリゾナ州の砂漠に1898年に建設され、アッチソン・トピカ・アンド・サンタフェ鉄道（ATSF）に機関車の水を供給するために建設されたアッシュフォーク・ベインブリッジ・スチール・ダム、もう1つはミシガン州のアッパー半島に1901年に建設され、スタンプ工場に水を供給するために建設されたレッドリッジ・スチール・ダムである。3つ目はモンタナ州のハウザー・レイク・ダムで、1907年に完成したが、1908年に崩壊した。

第一次世界大戦後、鉄鋼価格がセメント価格に比べて何倍も高騰したため、鉄鋼ダムは経済的ではないことが判明した。 ^[1] 21世紀では、現場での総労働コストの低減、バルク材料の輸送コストの低減、年間の建設期間の延長、法規制に準拠した建設計画の柔軟性などにより、鉄鋼ダムの経済性は非常に有利である。^[要出典]

鋼鉄ダムは、地面に固定された一連の基礎を使用します。これらの基礎は支柱を支え、支柱はデッキガーダーを支え、デッキガーダーは鋼板を支えます。水が接触するのはこれらのプレートです。ガーダーとプレートは下流方向に傾斜しているため、水の重量の一部が支柱と基礎に下向きの力として作用し、それらを所定の位置に保持します。鋼鉄コッファーダムのようにプレートが垂直であれば、すべての力は水平方向になり、水平方向の力と曲げモーメントに対抗するために、はるかに大きな支柱とアンカーが必要になります。

左の図に示す直接支柱バージョンでは、すべての支柱が平行になっています。そのため、プレート ガーダーには引張力は発生しません。

左の図に示す片持ち支柱バージョンでは、上部支柱 (設計に応じて複数の支柱) を片持ちトラスにすることができます。すべてが同じ基礎に来ることで、デッキ ガーダーの上部が張力を受け、片持ち梁セクションのモーメントがそのセクションに当たる水のモーメントによって相殺されます。

どちらの構造でも、プレートは、上のレッドリッジ鋼鉄ダムの図に見られるように、波型の外観になるのが一般的です。これは、水や周囲の温度が変化しても鋼板が自由に膨張/収縮できるようにするためです。

設計上のトレードオフは 2 つあります。それは、桁板角度と支柱角度です。桁/プレート角度を水平方向に増やすと、力の法線成分が垂直方向に増加します。つまり、基礎はそれほど水平方向の力に耐える必要はありませんが、上流の水頭に対してより多くの鋼材が必要になります。支柱角度を垂直方向に増やすと、基礎の水平方向のモーメントが減り、滑りのリスクが減ります。

鋼鉄ダムには放水路がある場合とない場合があります。アッシュフォーク・ベインブリッジには放水路はありませんでしたが、水が直接堤頂から流れ落ちるように設計されていました。一方、レッドリッジには放水路と、下流のスタンプ工場に水を供給するための水道管の両方がありました。

鋼鉄ダムの支持者はいくつかの利点を主張した。

• 19世紀初頭でも、鉄鋼製造技術は石工よりも早く、安価な建設を可能にした。
• 構造は静的に決定されており、必要な荷重と部材の強度を正確に計算できます。
• 鋼鉄はコンクリートよりも柔軟性が高いため、地盤沈下による壊滅的な破損に対してより耐性があります。
• 霜はコンクリートや石造建築物のようには影響を及ぼさない
• 非壊滅的な漏れは溶接で対処できる

次のような既知の欠点もありました。

• ダムを成功させるには、基礎をしっかり構築することが重要です。基礎は重量を支え、沈みすぎず、水平方向の移動に抵抗する必要があります。
• ダムの長期的な強度は不明である。米国で現在も残っている2つのダムは、現在大きな水負荷を受けていない。
• 構造が軽いため、より巨大なダムよりも水の振動による摩耗の影響を受けやすい。
• メンテナンスの必要性が高く、錆や腐食に対処する必要がある
• 応力が非常に集中し、破損モードとして応力亀裂が発生する可能性があります。
• 他のダムと同様に、掘削はダムの崩壊の可能性のあるモードです (これがハウザー湖ダムが崩壊した理由だと考えられています)。

• ジャクソン、ドナルドC. Great American Bridges and Dams、John Wiley & Sons、ニューヨーク（米国）、ISBN  0-471-14385-5、1984年、pp. 210–211。
• 灌漑と水力工学、Google ブックスで見つかった本。鋼鉄ダムについて言及している数少ない情報源の 1 つで、米国には 3 つのダムが現存しており、いくつかの情報が記載されています。この記事の一部は、このテキストからの資料を使用しています。
• クイーンズランド大学、Hubert CHANSON 著「鋼鉄ダムの簡潔な歴史」(リンクをたどった後、記事に進むには [進む] ボタンを押す必要があります)。ハウザー湖ダムは 1905 年から 1907 年の間に建設され、SCHUYLER (1909) の後、1908 年に崩壊したと示されています。