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橋とは、川や鉄道などの障害物を跨ぐように設計された構造物であり、車両、歩行者、その他の荷物が通行できるようにするものです。ほとんどの橋は、梁、アーチ、またはケーブルで支えられた平らなデッキで構成されています。これらの構造物は、橋の重量を地盤沈下を起こさずに地中に伝えるように慎重に設計された基礎の上に設置されています。
橋は、場所、用途、利用可能な建設技術によって、実に多様な形態で建設されます。単純な橋梁構造としては、丸太で作られた桁橋や、ロープや蔓で作られた吊り橋などがあります。古代ローマ人や中国人は、木材、石、レンガを用いた大規模なアーチ橋を建設しました。ルネサンス期には、科学技術の進歩により、橋のスパンが広くなり、より優美なデザインが実現しました。19世紀初頭にはコンクリートが完成し、現在ではアーチ橋は主にコンクリートまたは鋼鉄で建設されています。
産業革命によって鉄鋼の大量生産が可能になり、トラス橋やカンチレバー橋など、より複雑な構造の橋が建設できるようになり、広い川や深い谷を横断する橋が実現しました。最長の橋梁は吊り橋または斜張橋で、どちらも高強度の鋼鉄ケーブルで橋桁を支えています。橋梁の最大スパンは年々着実に伸び、2022年には2キロメートル（1.2マイル）に達しました。その他の橋梁の形態には、広い谷を横断できる多径間高架橋、重量列車を通すための一般的な設計であるトレッスル橋、跳ね橋や旋回橋などの可動橋があります。
橋梁の設計には、交通網への接続、十分なクリアランスの確保、利用者の安全な輸送など、多くの要件を満たす必要があります。橋梁は、橋自体の重量だけでなく、上を通過する車両の重量も支えられるだけの強度を備えていなければなりません。また、風、洪水、地震など、環境によって生じる予測困難な激しい応力にも耐える必要があります。これらの目標をすべて達成するために、橋梁技術者は通常、限界状態設計法と有限要素法を用います。
多くの橋はその美しさで賞賛され、中には地域社会に誇りとアイデンティティを与える象徴的なランドマークとなっている壮大な橋もあります。芸術や文学において、橋はしばしば繋がりや変化を象徴するメタファーとして用いられます。橋は、輸送時間の短縮や国内総生産の増加など、地域社会に有益な影響を与える一方で、汚染の増加や地球温暖化への寄与といった負の影響も及ぼします。
橋の最も初期の形態は、湿地や小川を渡るための単純な構造物で、木製の板張りや丸太で構成されていました。[ 2 ] [ a ] 橋の建設に不可欠な要素である杭は、紀元前4000年頃のスイスで、水上に建てられた高床式の家を支えるために使用されました。[ 4 ]紀元前13世紀頃、ミケーネ文明のギリシャ人によって、現在も残っているアルカディコ橋を含むいくつかの持ち送りアーチ橋が建設されました。 [ 5 ]紀元前7世紀、アッシリア王センナケリブは、ニネベ市の近くに水を運ぶための石造りの水道橋を建設しました。水道橋の1つは、ジェルワンの小さな谷を5つの持ち送りアーチで横断しており、長さ280メートル（920フィート） 、幅20メートル（66フィート）でした。[ 6 ]紀元前626年のバビロニアでは、ユーフラテス川に全長120～200メートル（390～660フィート）と推定される橋が建設された。[ 7 ]インドでは、カウティリヤのアルタシャーストラ論文に橋やダムの建設について言及されている。[ 8 ]古代中国には、片持ち梁橋、吊り橋、浮船に架けられた橋など、橋梁建設の長い歴史がある。 [ 9 ]
古代ローマ人は、高度な工学技術を用いて多くの耐久性のある橋を建設しました。[ 10 ]現在も残っているものもある多くのローマ水道橋は、半円アーチ型を採用していました。[ 10 ]例としては、スペインのアルカンタラ橋やフランスのポン・デュ・ガール橋などがあります。 [ 11 ]ローマ人はセメントを建築材料として使用し、セメントは小石と混ぜてコンクリートにしたり、砂と混ぜてモルタルにしてレンガや石を接合したりしました。[ 12 ]火山灰を含むローマのセメントの中には防水性のあるものもありました。[ 13 ] [ b ]巨大な木と石でできたトラヤヌス橋（紀元105年頃）はドナウ川を横断し、長さは900メートル（3,000フィート）以上ありました。[ 14 ]
中国で現存する最古の石橋は、隋王朝時代の西暦595年から605年にかけて建設された安吉橋です。この橋は、世界最古の開腹石造セグメントアーチ橋として歴史的にも重要な意味を持っています。[ 16 ]ロープ橋は、 16世紀のヨーロッパによる植民地化以前に、南米アンデス山脈のインカ文明で使用されていた、シンプルなタイプの吊り橋です。 [ 17 ]
中世ヨーロッパでは、ローマ帝国の崩壊後、橋梁設計能力は衰退したが、盛期中世にはフランス、イングランド、イタリアでアヴィニョン橋、デュランス川の橋、旧ロンドン橋などの建設により復活した。[ 18 ]現存する例としては、フィレンツェのヴェッキオ橋、旧エクセ橋、ウェールズのモンノウ橋などがある。[ 18 ]
15 世紀と 16 世紀のヨーロッパでは、ルネサンスによって科学と工学が新たに重視されるようになりました。[ 19 ]ガリレオ・ガリレイ、ファウスト・ヴェランツィオ、アンドレア・パッラーディオ( 『建築の 4 巻』の著者) などの人物は、建築と建設に厳密な分析的アプローチを適用した論文を執筆しました。[ 20 ]彼らの革新には、トラス橋や石造のセグメントアーチがあり、フィレンツェのサンタ・トリニタ橋、ヴェネツィアのリアルト橋、パリのポン・ヌフ橋などが生まれました。[ 21 ]ムガル帝国はインドで軍事用および商業用の橋を建設しました。[ 22 ]アフリカのアシャンティ帝国は、木の幹や梁を使って小川や川に橋を架けました。[ 23 ]
18世紀後半、ヨーロッパではジャン＝ロドルフ・ペロネとジョン・レニーによってアーチ橋の設計が革新されました。彼らは半円形のローマ式アーチよりも平らなアーチを設計し、これにより建設時間の短縮、橋の下の水流の改善、橋脚のスリム化が実現しました。これらの設計はコンコルド橋とニューロンドン橋に使用されました。[ 24 ]
産業革命の到来とともに、鉄は橋梁の重要な建設材料となった。[ 26 ]鋳鉄（圧縮に対しては強いが脆い）と錬鉄（より延性があり、引張に対しては優れている）の両方が橋梁の建設に使用された。[ 27 ] イギリスのアイアンブリッジは鋳鉄製で1781年に完成し、完全に金属でできた最初の主要な橋だった。[ 28 ] 19世紀初頭には、鉄製のアイバー（はるかに優れた鋼線は、世紀後半に利用可能になった）を使用して、いくつかの長い吊り橋が建設された。[ 29 ]
鉄道の時代は1820年代に始まり、橋梁設計に大きな革新をもたらしました。[ 30 ]イギリスは、鉄道が工業化された国の橋梁建設にどのような影響を与えたかを示す代表例です。 イザムバード・キングダム・ブルネル、ロバート・スチーブンソン、ジョセフ・ロックといった設計者に率いられ、イギリスの鉄道橋は数十年を経て着実に規模が大きくなっていきました。[ 31 ]その時代の注目すべき橋には、ハイレベル橋（1849年）[ 32 ] 、ロイヤルボーダー橋（1850年） [ 32 ] 、ブリタニア橋（1850年）[ 33 ] 、ロイヤルアルバート橋（1859年）[34]、クリフトン吊橋（ 1864年）[ 35 ]などがあります。鉄道マニアの時代には、イギリスの鉄道橋の数は3万から6万に増加しました。[ 36 ]鉄道橋は主に石造りや石造のアーチ構造を採用していた。これは列車がかける莫大な荷重に耐えることができたためである。しかし、鉄骨梁構造（石造りまたは石造りの橋脚上）も使用された。[ 37 ]北米では安価な木材が豊富にあったため、同大陸では橋梁材料として木材が好まれ、トラス構造（長大スパン用）やトレッスル構造（深い渓谷を跨ぐ用）が用いられた。[ 38 ]
19世紀後半の鉄鋼の大量生産により、橋梁に新しい材料がもたらされ、より軽量で強度のあるトラス橋やカンチレバー橋が実現しました。また、吊り橋のケーブルには鉄棒に代わって鋼線が好んで使われるようになりました。 [ 39 ]もともとローマ帝国で使われていたコンクリートは、19世紀初頭にポートランドセメントが発明されたことで改良され、橋梁の基礎の主要材料として石材や石積みに取って代わりました。鉄筋コンクリートやプレストレストコンクリートのように、鉄や鋼がコンクリートに埋め込まれている場合、梁橋や箱桁橋の水平部材に使用できる、強度が高く安価な材料となります。[ 40 ]
20 世紀を通じて、設計者オトマール・アマンらによる新しい橋は、スパン距離の記録を繰り返し更新し、交通網がますます広くなる川や谷を横断することを可能にした。[ 42 ]ケーブルを唯一の支持手段とする斜張橋は、第二次世界大戦後に橋の設計として人気を博した。[ 43 ] [ c ] 20 世紀後半には、橋の設計においていくつかの大きな革新が見られた。エクストラドーズド橋が導入され、主に日本で広く使用されるようになった。[ 47 ]中国では、コンクリート充填鋼管がアーチ橋を建設するための新しいアプローチとして採用された。[ 48 ]鋼材を悩ませる錆の問題がない繊維強化ポリマーは、梁、デッキスラブ、プレストレスケーブル、コンクリート要素の外側のラップ、コンクリート内部の補強など、多くの用途で橋に使用された。[ 49 ] [ d ] 21世紀に入って、橋のスパンが初めて2キロメートル（1.2マイル）を超えたのは、1915年にチャナッカレ橋が建設された時である。[ 50 ] [ e ]
橋の目的は、障害物を越えることです。橋は、鉄道、自動車、歩行者、パイプライン、ケーブル、またはこれらの組み合わせの支持と輸送を提供できます。[ 52 ]水道橋は人類の歴史の初期に開発され、町や都市に水を運びました。[ 53 ]運河システムには、谷や渓谷を越えて船を運ぶための航行可能な水道橋（運河橋とも呼ばれる）が含まれることがあります。[ 54 ]
19 世紀初頭まで、ほとんどの橋は歩行者、馬、馬車が通行できるように設計されていました。[ 30 ]鉄道の発明後、多くの鉄道橋が建設されました。イギリスでは、19 世紀半ばの鉄道建設ブームで橋の数が倍増しました。[ 30 ]鉄道橋は、 1 両の機関車が197 トン (217 ショート トン) の重量になるという重い荷重を支えるため、独特の要件があります。[ 56 ]鉄道橋は、たわみ(荷重による曲がり)を最小限に抑え、堅牢性(事故による損傷を局所化)を最大限に高め、大きな衝撃(たとえば、レールの車輪が線路の不完全さにぶつかることによる突然の衝撃) に耐えられるように設計されています。[ 57 ]これらの要件により、鉄道は曲線橋、吊り橋、斜張橋を避け、代わりに直線梁橋またはトラス橋が一般的に使用されるようになりました。[ 58 ] 20世紀の高速道路網の爆発的な成長により、島に到達したり谷を横断したりするために橋はますます長い距離を架ける必要が生じ、[ 59 ]都市部では高架鉄道やモノレールが導入されました。
橋の重要な用途の 1つは、道路や鉄道が地上で交差する交通交差点での安全性と交通の流れを改善することです。このような交差点では車両が停止する必要があり、交通速度の低下、燃料の無駄遣い、衝突事故の増加につながります。これらの問題を軽減する技術の 1 つは、一方の道路がもう一方の道路の上を通過できるようにする橋を建設することです。このプロセスは立体交差として知られています。[ 60 ] [ f ]立体交差は、鉄道と道路の交差点[ 61 ]または道路同士の交差点[ 62 ]で実施できます。
歩道橋と呼ばれる橋の中には、歩行者専用のものもあります。[ 63 ]それらは、湿地帯を横断できる単純な木道から、ミネアポリス・スカイウェイ・システムのような、歩行者を厳しい冬の天候から守る高架のスカイブリッジまで多岐にわたります。 [ 64 ]交通量の多い都市部で道路を横断する際に歩道橋を使用する場合、一般的に横断歩道よりも安全ですが、歩行者に不便をかけ、アクセスを妨げ、都市生活の質を低下させ、自動車への依存を永続させるとして、都市計画家や障害者擁護者から批判されています。[ 65 ]
軍用橋は軍事工学の分野において重要な装備の一種である。これらは、戦闘の最中に障害物を迅速に通過したり、前線後方への補給を容易にしたりするなど、さまざまな戦時中の役割を果たす。[ 66 ]軍用橋は、ポンツーンフロートの上に設置される湿式橋と、桟橋、河岸、またはアンカーの上に設置される乾式橋に分類できる。 [ 66 ]小さな渓谷を渡るための原始的な仕組みとしては、ファシーン（パイプや丸太の大きな束）を渓谷に設置して、車両が渡れるようにする方法がある。[ 67 ]
装甲車両搭載橋梁は、専用車両で運搬されます。[ 67 ]これらの車両は通常、戦車と同じ不整地走破性能を持ち、橋梁を障害物まで運搬して展開（「発射」）することができます。[ 69 ]英国のチーフテン車両は、54トン（60ショートトン）の荷重を支えることができる23メートル（75フィート）の橋梁を3分で展開できます。 [ 70 ]軍用橋梁は民間用途にも利用されています。ベイリー橋はもともと1940年に第二次世界大戦で使用するために発明されましたが、平時にも使用され続けています。ベイリー橋は、小型の恒久橋として、また恒久橋の交換や修理中に使用される仮設橋として使用されます。[ 68 ]
戦時中、橋は爆撃や戦闘工兵によって損傷を受けることが多い。橋は動かないこと、上空から比較的容易に発見できること、そして橋が損傷すると敵の輸送網を混乱させることができることから、貴重な標的となり得る。[ 71 ]橋は古代から砲撃の標的とされてきたが、航空機やドローンといった新しい技術の出現により、橋への攻撃はより容易になった。ドイツは第二次世界大戦中にシュトゥーカ機を使用して橋への急降下爆撃を行い、 [ 72 ]ウクライナは2023年にドローン攻撃でクリミア橋を損傷させた。 [ 73 ]
橋の中には、輸送以外の用途にも使われるものがあります。パイプライン橋は、谷や川を越えて石油パイプや水道管を通します。[ 74 ]多くの歴史的な橋は、聖堂、工場、商店、レストラン、家屋などの建物を支えていました。有名な例としては、オールド・ロンドン橋とポンテ・ヴェッキオがあります。[ 75 ]中世ヨーロッパで建設された橋の中には、設計に礼拝堂を組み込んだものもあります。 [ 76 ]現代では、高速道路の休憩所に橋上レストランが見られます。これらは高速道路の真上にレストランや商店を支え、両方向から通行するドライバーが利用できます。[ 77 ]例としては、オクラホマ・ターンパイクのウィル・ロジャース・アーチウェイ[ 78 ]や、イリノイ・トールウェイのオアシスのいくつかの場所があります。ブラチスラバのノヴィー・モスト橋には、単一の塔の上にレストランがあります。[ 79 ]自然保護活動家は、生息地の分断や動物と車両の衝突を減らすために、野生生物用の橋を利用しています。 [ 80 ]最初の野生動物横断路は1950年代に建設され、現在ではこれらのタイプの橋は世界中で使用されています。[ 81 ]
橋は主にその基本的な構造設計によって分類されます。アーチ橋、トラス橋、片持ち梁橋、吊り橋、斜張橋、または桁橋です。[ 82 ] [ g ]橋の形状や設計のさまざまな側面を示すために、高架橋、架台橋、土手道など、他のいくつかの用語も使用できます。
特定の状況で使用する橋梁構造の選択は、美観、環境、コスト、目的など多くの要因に基づいています。[ 84 ]一部の橋梁スパンは、2種類の基本構造を組み合わせています。たとえば、ブルックリン橋は主に吊り橋構造ですが、ケーブルステイも使用しています。[ 85 ]ハイブリッド橋と呼ばれる一部の多径間橋は、異なるスパンに異なる基本構造を使用しています。[ 86 ]
アーチ橋は、圧縮された湾曲したアーチで構成され、アーチの上または下にデッキを支えます。 [ 87 ]アーチの形状は、半円、楕円、尖頭アーチ、または円のセグメントにすることができます。[ 88 ]アーチは両端で斜めの力を及ぼすため、アーチが広がったり崩壊したりするのを防ぐために、強力な支持または橋台が必要です。 [ 89 ]デッキアーチ橋はデッキをアーチの上に保持し、タイドアーチ橋はデッキをアーチの下に吊り下げ、スルーアーチ橋はデッキをアーチの中央に通します。[ 90 ]
トラス橋は、複数の連結された三角形の要素で構成されています。[ 91 ]三角形の集合は、両端の基礎の上に載る剛性の全体を形成し、下向きの垂直力を加えます。[ 91 ]デッキは、トラスの上部（「デッキトラス」）またはトラスの下部（「スルートラス」）に載せることができます。[ 92 ]スルートラスは、橋の下により多くのクリアランスが必要な場合に役立ちます。デッキトラスは、特大の荷重を許容し、電線などの頭上の物体に干渉しません。[ 93 ]個々のバーは鉄または木材で作ることができますが、現代のトラス橋のほとんどは鋼鉄で作られています。[ 94 ]上部の水平バーは通常圧縮され、下部の水平バーは通常引張されます。[ 91 ]上部と下部をつなぐバーは、三角形の配置に応じて、引張または圧縮される可能性があります。[ 95 ]トラス橋のスパン対奥行き比（構造物の幅を高さで割った値）は通常10～16であるのに対し、桁橋の比率は通常20～30である。[ 96 ]トラス橋は比較的剛性が高く、非常に重い荷重を支える必要がある鉄道橋によく使用される。[ 96 ]
片持ち梁橋は、支持部（橋脚またはアンカー）にしっかりと固定され、追加の支持部なしに支持部から水平方向に伸びる梁またはトラスで構成されています。[ 97 ]古代アジアでは、大きな岩や木材で作られた片持ち梁橋が小さな障害物を跨ぐために使用されました。[ 98 ] 1880年代には、初期の片持ち梁橋の一部は錬鉄で建設されましたが、19世紀後半から鋼鉄が一般的になりました。[ 99 ]バランス型片持ち梁橋は、単一の中央支持部から反対方向に外側に伸びる2つの接続された片持ち梁で構成されています。[ 100 ]他の片持ち梁橋は、スパンの両端に固定され、中央に向かって伸び、中央で合流する2つの片持ち梁を備えています。[ 101 ]片持ち構造は、アーチ橋や斜張橋、片持ち梁橋に利用できる橋の上部構造を構築する方法です。この工法では、建設は支持部（具体的には橋脚、橋台、または塔）から始まり、下からの支持なしに障害物を横切って外側に伸びていく。[ 102 ]
吊り橋は、高い塔の頂上に大きく湾曲したケーブルが取り付けられており、[ h ]橋桁をケーブルから吊り下げています。[ 103 ] [ i ] 19 世紀初頭、ジェイコブズ クリーク橋のような最初の近代的な吊り橋は、ケーブルに束ねたワイヤーではなく鉄棒を使用したチェーン橋でした。 [ 105 ]鋼線が広く入手可能になると、数百本のワイヤーを塔の間に張り、それらを束ねることでより長いケーブルを構築できるようになり、[ 106 ]吊り橋は2 キロメートル (1.2 マイル)の長さのスパンを実現できるようになりました。橋が川を渡るとき、大きなスパンにワイヤーを張ることは複雑なプロセスです。[ 107 ]吊り橋のケーブルは、橋塔の間に最初に吊り下げられたときはカテナリーの形状をとりますが、橋桁の均一な荷重が加わると、ケーブルは放物線の形状をとります。[ 108 ]タワーが低いほどケーブルのたるみが小さくなり、ケーブルの張力が増加するため、より頑丈なタワーとアンカーが必要になります。[ 109 ]
斜張橋は吊り橋に似ていますが、橋桁を支えるケーブルが塔に直接接続されています。[ 110 ] [ h ]傾斜したケーブルは扇形またはハープ形に配置されることがあります。[ 113 ] [ j ]現代の斜張橋は第二次世界大戦後に普及し、ドイツでは多くの新しい橋にこの設計が採用されました。[ 115 ]幅の広い障害物を横断する場合、設計者は吊り橋または斜張橋のいずれかを選択できます。吊り橋はより長いスパンを実現できますが、斜張橋は同じスパンサイズに対して使用するケーブルが少なく、アンカーを必要とせず、橋桁は塔から外側に片持ち梁で簡単に構築できます。[ 116 ]
桁橋は、障害物を跨ぐ1本以上の平行な水平梁または桁で構成される単純な構造物です。 [ 117 ]ボックス桁橋は、一般的にI形梁橋よりも浅いバリエーションであり、一定の高さの障害物をより短く低いアプローチ道路で横断することを可能にします。[ 118 ]桁橋は、鉄道と道路の両方で一般的に使用されています。[ 117 ]桁橋は、約50メートル（160フィート）より短いスパンによく使用されます。より長いスパンの場合は、トラスまたは同様の構造の方が一般的に効率的です。[ 119 ]桁橋の大部分は平らな水平な底面を持っていますが、一部はハウンチングと呼ばれる上向きにアーチ状の底面を持っています。ハウンチングは平らな底面よりも優美に見え、橋の下のクリアランスを大きくすることができますが、平らな底面の梁の方が建設が容易なため、コストが高くなる傾向があります。[ 120 ]
基本的な橋梁構造に加え、他にも様々な形態の橋梁が存在する。以下のセクションでは、より一般的な形態のいくつかを紹介するが、これは網羅的なリストではない。
可動橋は、橋桁の全部または一部を移動できるように設計されており、通常は背の高い船やボートなどの背の高い交通物を通過させるために使用されます。 [ 122 ]初期の可動橋には、片側で回転する跳ね橋があり、持ち上げるのにかなりの労力が必要でした。跳ね橋の回転側にカウンターウェイトを追加すると、跳ね橋になり、橋の移動がより簡単かつ安全になります。[ 123 ]旋回橋は、運河の岸にあるアンカーポイントを中心に水平に回転するか、または水上の桟橋から回転します。[ 124 ]昇降橋は、塔の上部にある滑車を通るケーブルによって、2 つの塔の間で垂直に持ち上げられます。[ 125 ]有名な可動橋には、エジプトのエル・フェルダン鉄道橋、ロッテルダムのエラスムス橋跳ね橋、ロンドンのライムハウス・ベイスン歩道橋などがあります。 [ 126 ]現代では、デザイナーは町や地域の象徴となる橋を作る目的で、珍しい可動橋を設計することがあります。[ 126 ]例としては、ブエノスアイレスのプエンテ・デ・ラ・ムヘール旋回橋、タイン川に架かるゲーツヘッド・ミレニアム橋（傾斜橋の珍しい例）、ドイツのヘルン橋などがあります。[ 127 ] [ k ]
長い多径間橋を表す用語には、高架橋、トレッスル橋、連続橋、土手道など、さまざまなものがあります。これらの用語の使用法は重複することがありますが、それぞれに特定の焦点があります。[ 129 ]高架橋（車両を運ぶ）と水道橋（水を運ぶ）は、複数のアーチまたは橋脚で支えられた、谷や地下道を横断する橋です。 [ 130 ]ローマ人は多くの水道橋を建設し、その一部は今日でも残っています。[ 131 ]有名な高架橋には、イングランドのペンポンズ高架橋、 [ 132 ]フランスのガラビット高架橋、 [ 133 ]ペンシルベニア州のタンカノック高架橋、 [ 134 ]およびフランスのミヨー高架橋があります。[ 128 ]
トレッスル橋は、 19 世紀に鉄道橋によく使われた橋脚橋で、間隔の狭い構造要素で支えられた複数の短いスパンで構成されています。[ 135 ]トレッスル橋は高架橋に似ていますが、高架橋は通常、より高い橋脚支持部とより長いスパンを備えています。[ 136 ]連続トラス橋は、複数の支持部の上に載る長い単一のトラスです。連続トラス橋は、すべてのスパンに活荷重を分散するため、一連の単純トラスよりも使用する材料が少なくて済みます (各トラスが活荷重全体を支える必要がある一連の単純トラスとは対照的です)。視覚的には、連続トラスは片持ち梁橋に似ていますが、連続トラスでは支持部で負の応力、支持部間ではたわみ応力が発生します。 [ 137 ] [ l ]土手道とは、通常、沼地、湿地、湖、またはその他の水域を横断する低い道路のことです。[ 139 ]多くの土手道は土盛りですが、ルイジアナ州の38.4キロメートル（23.9マイル）のポンチャートレイン湖土手道のように、高架橋になっているものもあります。[ 139 ]
エクストラドーズド橋は、箱桁橋と斜張橋の特徴を併せ持っています。[ 141 ]視覚的には、エクストラドーズド橋は、塔の高さ（デッキ上）が比較的低く、スパン幅の7～13%であるため、斜張橋と区別できます。[ 142 ]エクストラドーズド橋は、100メートル（330フィート）から250メートル（820フィート）のスパンに適しています。[ 142 ]吊り橋や斜張橋とは異なり、エクストラドーズド橋の塔は、多くの場合、基礎ではなくデッキ上に設置され、デッキにしっかりと接続されています。[ 143 ]ケーブルの角度が比較的浅いため、エクストラドーズド橋のケーブルはデッキを水平方向に圧縮し、コンクリート桁内で使用されるプレストレストワイヤーと同様の機能を果たします。[ 144 ]エクストラドーズド橋は、橋の下のクリアランスを最大化するために橋桁の深さを浅くする必要がある用途、または航空安全規制を遵守するために塔を比較的低くする必要がある用途に適している可能性があります。[ 145 ]
ポンツーン橋（浮橋とも呼ばれる）は、浮体または喫水の浅いボートを使用して、歩行者や車両が水上を通行するための連続したデッキを支えます。[ 147 ]ポンツーン橋は通常、水深が深すぎて橋脚を建設できない場合や、運河に可動旋回橋を設置するための機構として使用されます。 [ 148 ]第二次ペルシア侵攻 の際、ペルシアの支配者クセルクセスは、ヘレスポントス海峡に360隻のボートを2列に並べた大きなポンツーン橋を建設しました。[ 149 ]
現代では、ポンツーン橋が数多く使用されている。アメリカ合衆国のワシントン州には、フッド運河橋など、ポンツーン橋がいくつか存在する。[ 150 ]ノルウェーでは、ノールドホルドランド橋が、浮遊するコンクリート製のポンツーンの上に架けられ、深いフィヨルドを横断している。[ 146 ]多くの軍隊は、ソ連が設計したPMP浮橋など、迅速に展開できるポンツーン橋を保有している。 [ 151 ]
The process for designing a new bridge typically goes through several stages, progressively refining the design.[152] An early step in the design process –sometimes called conceptual design –is to consider the multiple requirements that a bridge must satisfy.[152] Requirements that are directly related to function include lifespan, safety, climate, soil condition, traffic volume, the size and nature of the obstacle to be traversed, and clearance required for passage underneath.[153] Other constraints may include construction cost, maintenance cost, aesthetics, time available for construction, owner preference, and experience of the builders.[153] Some bridge designs consider factors such as impact on the environment and wildlife, and the bridge's economic, social, and historic relationship to the local community.[154] After the requirements of a bridge are established, a bridge designer uses structural analysis methods to identify candidate designs.[155] Several designs may meet the requirements. The value engineering methodology can be used to select a final design from multiple alternatives.[156] This methodology evaluates candidate designs based on weighted scores assigned to several different criteria, including cost, service life, durability, availability of resources, ease of construction, construction time, and maintenance cost.[156]
An important requirement considered during the design process is the service life, which is a specific number of years that the bridge is expected to remain in operation with routine maintenance (and without requiring major repairs).[157][m] For example, wood bridge superstructures typically have a service life of 10 to 50 years.[159][n] Concrete highway bridges can have service lives of 75 to 150 years.[158] A bridge design methodology incorporates the service life into the design process.[161]
新しい橋が満たさなければならない要件の 1 つは、現地の橋梁設計仕様およびコードへの準拠であり、一部の国では、これらは法的拘束力のある要件となる場合があります。[ 162 ]多くの国では、これらの仕様は、許容される橋梁建設の慣行と設計を定義する標準化団体によって開発および発行されています。ヨーロッパでは、その団体は欧州標準化委員会であり、同団体が発行する規格はユーロコードです。[ 163 ]米国では、米国州道路交通官協会(AASHTO) が AASHTO LRFD 橋梁設計仕様を発行しています。[ 164 ] [ o ]カナダの橋梁規格は、非営利団体 CSA グループによって開発されたカナダ高速道路橋梁設計コードです。[ 166 ]航空または水路を規制する機関も、橋梁塔の頂上にある航空警告灯の要件や、航行可能な水路にある橋脚にある航行警告灯など、橋梁設計のいくつかの側面を規定する基準を課す場合があります。[ 167 ]
橋の外観は、設計時に考慮される要素の 1 つです。[ 169 ]魅力的な橋は地域社会に良い影響を与えることができ、中には芸術作品とみなされる橋もあります。[ 170 ]橋の視覚的な魅力を重視することで知られる橋梁設計者には、トーマス・テルフォード、ギュスターヴ・エッフェル、ジョン・ローブリング、ロバート・マイラール、サンティアゴ・カラトラバなどがいます。[ 171 ]橋の魅力の認識に影響を与える特性には、プロポーション、色、質感、秩序、洗練、環境との調和、機能性などがあります。[ 172 ]
美術史家のダン・クルックシャンクは、橋は人間の想像力と野心の表れと見なされており、多くの橋は本来の実用的な役割を超越して芸術作品になっていると指摘している。[ 173 ]彼は次のように書いている。「偉大な橋は感情に訴えかける力があり、崇高な性質と英雄的な美しさを備えており、視覚芸術によって感覚を刺激されることに慣れていない人々でさえ感動させる。」[ 173 ]
橋梁設計者は、木材、レンガ、ロープ、石、鉄、鋼、コンクリートなど、さまざまな材料から選択できます。[ 174 ] [ p ] 2 つ以上の異なる材料 (たとえば、鋼とコンクリート) で作られた橋は、複合橋として知られています。[ 176 ]最大のアーチ橋のいくつかは、コンクリートと鋼で作られているため、複合橋です。[ 48 ]
木材は安価で再生可能な資源であり、強度対重量比が高いが、環境による劣化を受けやすく、鋼鉄やコンクリートよりもはるかに弱いため、現代の道路橋にはほとんど使用されていない。[ 177 ]木材は主に梁橋やトラス橋（屋根付き橋を含む）に使用され、鉄道用の大型高架橋の建設にも使用される。 [ 178 ]木材が使用される場合、多くの場合、集成材の形である。[ 177 ]石積みは石とレンガを含み、圧縮（引張とは対照的に）を受ける橋の要素にのみ適しているため、石積みはアーチや基礎などの構造物に限定される。[ 179 ] 20世紀には、大型の石積み橋は、西側ではコンクリートに取って代わられたものの、中国では引き続き建設された。[ 180 ]
鋳鉄や錬鉄を含む鉄は、 18 世紀後半から 19 世紀後半にかけて、主にアーチ構造やトラス構造に広く使用されました。鉄は比較的脆く、装飾用途を除いては鋼鉄に置き換えられました。[ 181 ]鋼鉄は圧縮と引張の両方に強いため、現代の橋梁で最も一般的に使用されている材料の 1 つです。 [ 182 ]鋼鉄は古代には少量生産されていましたが、新しい製錬プロセスの発明により 19 世紀後半に広く入手可能になりました。トラス橋や梁橋はしばしば鋼鉄で作られ、鋼線は事実上すべての吊橋や斜張橋の不可欠な構成要素です。[ 183 ] 鋼鉄はコンクリート橋の重要な構成要素です。コンクリートを十分に強くするために、鋼鉄製の鉄筋または鋼鉄製のプレストレスケーブルをコンクリート内に埋め込む必要があるからです。[ 184 ]鋼橋は同等のコンクリート橋よりも高価ですが、（同じ強度であれば）はるかに軽量で、建設が速く、建設中や修理中の柔軟性も高くなります。[ 185 ]
コンクリートは現代の橋梁で一般的に使用されており、多くの道路橋は主に鉄筋コンクリート梁構造で建設され、多くの場合、箱桁型です。[ 186 ] [ q ]コンクリート部材の形状は、コンクリートが流し込まれる（鋳造される）型枠（モールド）によって決まります。コンクリートは硬化するにつれて型枠の形状になります。[ 188 ]梁は現場外でプレキャストして橋梁現場に輸送することも、現場で鋳造することもできます。[ 189 ]橋梁では、コンクリートを最初に流し込むときにコンクリート内に配置された埋め込み鋼鉄補強バーを含むコンクリートが使用され、これにより強度が大幅に向上します。[ 190 ]コンクリートは強くて安価な材料ですが、脆く、引張力がかかるとひび割れる可能性があります。[ 191 ]引張力を受ける可能性のある部材にコンクリートを使用する場合、通常はプレストレスケーブルがコンクリート内に埋め込まれて締め付けられ、コンクリートが圧縮されます。[ 192 ]水平梁が橋梁に設置され荷重を支えるとき、梁がたわむ傾向によって生じる望ましくない張力は、プレストレスケーブルによる圧縮によって相殺されます。[ 193 ]プレストレスケーブルは、プレテンション（コンクリートが硬化する前と硬化中に張る）またはポストテンション（コンクリート内のチューブ内に設置し、コンクリートが硬化した後に締め付ける）のいずれかにすることができます。[ 193 ]
設計者は、2 つのデッキを上下に重ねた二層構造（ダブルデッキまたはダブルデッカーとも呼ばれる）を選択することがあります。この技術は、橋が運べる交通量を増やすため、または場所が橋のサイズを制限する場合に使用できます。[ 194 ]二層橋は、2 種類の交通を安全に運ぶこともできます。たとえば、自動車を歩行者や鉄道から分離することができます。[ 194 ]二層橋の中には、一方のデッキに鉄道を、もう一方のデッキに車両を通すものもあります。初期の例としては、ナイアガラの滝吊橋[ 195 ]があり、現代の例としては、ポルトガルのドン・ルイス 1 世橋があります。 [ 196 ]大量の自動車を通行できるため、二層橋は、シカゴのデュサブル橋、香港の青馬大橋、[ 197 ]コペンハーゲンとマルメを結ぶオーレスン橋、 [ 198 ]倉敷近郊の下津井瀬戸大橋など、大都市近郊によく見られます。[ 199 ]ニューヨークのジョージ・ワシントン橋は、14車線（上層8車線、下層6車線）の自動車を通行させており、年間1億台以上の車両が通行する世界で最も交通量の多い橋です。[ 200 ]
橋梁の設計では、橋梁が想定されるすべての荷重と力に対応する必要があります。橋梁が耐えなければならない力の総体は構造荷重と呼ばれ、これは通常、固定荷重、活荷重、環境荷重の 3 つの要素に分けられます。固定荷重は橋梁自体の重量です。[ 202 ] [ r ]活荷重は、重量、制動、加速など、橋梁を通過する交通によって生じるすべての力と振動です。[ 202 ]環境荷重は、天候、地震、土砂崩れ、水流、洪水、地盤沈下、凍上、温度変動、衝突など、橋梁の周囲から加えられるすべての力を包含します。[ 202 ]
洪水、地震、衝突、ハリケーンなどの散発的な事象に対して、橋梁設計者は設計が対応しなければならない最大深刻度を選択します。[ 204 ]深刻度は、特定の規模の事象の平均間隔である再現期間に基づいています。再現期間は、事象の種類と橋が位置する国によって、10年から2,500年まで異なります。[ 205 ] [ s ]交通インフラの重要な部分である橋梁には、より長い再現期間が使用されます。たとえば、橋が緊急時の重要なライフラインである場合、設計者は、たとえば2,000年といった比較的長い再現期間を使用する場合があります。この例では、設計は2,000年に1回発生すると予想される最強の嵐に耐えなければなりません。[ 206 ]
橋に作用する荷重力によって、橋の構成要素に応力が発生します。応力とは、材料内部で発生する力の尺度です。ひずみとは、応力に応じて橋の構成要素がどれだけ曲がったり、伸びたり、ねじれたりするかの尺度です。材料が弾性であれば、橋の構成要素にある程度のひずみ（曲がりやねじれ）は許容される場合があります。例えば、鋼は、破損することなくある程度の伸びや曲がりに耐えることができます。対照的に、コンクリートは非弾性であり、応力が加わったときの形状の変化は無視できるほど小さいです（応力が過剰になりコンクリートが破損するまで）。[ 207 ]
設計プロセスの重要な段階は、各橋梁部材が受ける最大応力を計算し、部材が橋梁にかかる荷重に安全に耐えられるように適切な設計とサイズを選択することです。応力は、応力を引き起こす力の性質に基づいて、圧縮、引張、せん断、ねじりに分類されます。圧縮力は、部材を内側に押し込むことで圧縮します（たとえば、重い塔が橋の基礎の上に載っているときに基礎が受ける力）。引張力は、部材が引っ張られるときに受ける伸びる力です（たとえば、吊り橋のケーブルによる力）。せん断力は、2つのオフセットした外力が反対方向に作用するときに部材が受ける滑り力です（たとえば、地震で構造物の上部が北に引っ張られ、下部が南に引っ張られるとき）。ねじりは、ねじる力です。[ 208 ]
橋梁設計プロセスでは、通常、橋梁をより小さな構成要素に分割し、特定の制約の下で各構成要素を個別に解析する構造解析手法が用いられます。 [ 209 ]提案された橋梁設計は、通常、数式またはコンピュータアプリケーションでモデル化されます。 [ 210 ]モデルには、橋梁が受ける荷重が組み込まれ、橋梁内の応力が計算され、設計が要求される設計目標を満たしているかどうかを示すデータが設計者に提供されます。[ 210 ] [ t ]提案された橋梁設計が、予測される応力に耐えるのに十分な強度を持つことを保証するために、多くの橋梁設計者は、限界状態設計手法（ヨーロッパと中国で使用）または荷重抵抗係数設計（LRFD）手法（米国で使用）を使用します。[ 212 ]
橋に加わる多くの荷重（風、地震、車両交通など）は、橋に不規則または周期的な力を発生させ、橋の構成要素が振動または揺動する原因となる可能性があります。[ 214 ]一部の橋の構成要素は固有の共振周波数を持っており、その周波数付近での振動は非常に大きな応力を引き起こす可能性があります。[ 215 ]
Winds can produce a variety of vibrational forces on a bridge, including flutter, galloping, and vortex shedding.[216] Considering wind forces during the design process is especially important for long, slender bridges (typically suspension or cable-stayed bridges).[217] If resonance issues are identified in the design process, they must be mitigated. Common techniques to address vibration include increasing the rigidity of the bridge deck by adding trusses and adding dampers to cables and towers.[218] Neglecting to account for vibrations and oscillations can lead to bridge failure. The Tacoma Narrows Bridge collapsed in 1940 in winds of 68 km/h (42 mph), even though the bridge was designed to withstand winds up to 206 km/h (128 mph). Investigations revealed that the designer failed to account for wind-induced flutter and resonant vibrations.[219]
Bridges can suffer severe damage when subjected to earthquake ground motions.[220] During a seismic event, several phenomena can occur, such as long-period velocity pulses, shear cracks, large ground motions, vertical accelerations, and soil liquefaction.[221] To mitigate risks, earthquake engineers study seismic data to classify and quantify the motions experienced by bridges.[222] These studies are used by governments to create and revise design standards that specify the types of seismic movements that new bridges must withstand.[223]
The structural elements of a bridge are generally divided into the substructure and the superstructure.[224] The substructure consists of the lower portions of the bridge, including the footings,[u]abutments, piers, pilings, anchorages, and bearings.[226] The superstructure rests upon the substructure, and consists of the deck, trusses, arches, towers, cables, beams, and girders.[227]
橋梁の建設は通常、建設技術者によって管理され、建設プロセスの計画と監督を担当します。この役割の重要な側面には、予算編成、スケジュール管理、定期的な正式な設計レビューの実施、設計図の解釈と更新のための橋梁設計者とのコミュニケーションが含まれます。[ 229 ] [ v ]既存の橋梁が交換または改修される場合、交通の流れへの影響は、住民やサービスに悪影響を及ぼす可能性があります。プレハブ部品の使用と迅速なスケジュールに重点を置いた加速橋梁建設プロセスは、影響を軽減するために使用される場合があります。[ 231 ]
橋梁の建設中に橋梁が受ける力は、完成後に受ける力よりも大きかったり、性質が異なったりすることがあります。橋梁の設計プロセスは通常、完全に完成した橋梁の強度に焦点を当てますが、建設中に個々の要素が受ける異常な応力も考慮する必要があります。橋梁の下に一時的な支持を設けたり、一時的なブレースや補強材を設置したり、特定の要素を恒久的に強化したりするなど、建設中に過大な応力を避けるために特別な技術が必要になる場合があります。[ 232 ]例えば、コンクリート製の塔を持つ斜張橋が完成すると、塔はケーブルの重荷重による望ましい圧縮力を受けますが、建設中は、その荷重がないため、横風によって塔に望ましくない引張力が加わる可能性があります。[ 233 ]
すべての橋梁タイプの建設は、まず下部構造の構築から始まります。最初に構築される要素は通常、基礎と橋台で、これらは一般的に鉄筋コンクリートの大きなブロックで、完全にまたは部分的に地下に埋設されます。基礎と橋台は橋梁全体の重量を支え、その重量を地盤に伝達します。[ 234 ]基礎は、高さと幅の比率に基づいて、浅い（高さが幅より小さい）または深い（高さが幅より大きい）に分類されます。[ 235 ]地盤が基礎にかかる荷重を支えられない場合は、まず基礎の下に杭を打ち込む必要があります。杭は、木材、鋼鉄、またはコンクリートでできた長い構造物で、基礎の下に垂直に配置されます。[ 236 ]杭の中には、岩盤まで達するものもあれば、摩擦を利用して基礎がさらに沈下するのを防ぐものもあります。[ 236 ]
橋台は通常、橋桁の両端、つまり地盤に達する場所に設置されます。[ 237 ]橋台は、荷重を垂直方向または斜め方向に地盤に伝達します。[ 89 ]また、橋台は擁壁としても機能し、アプローチ道路の下の地盤が浸食されるのを防ぎます。[ 237 ]橋脚の基礎が作られた後、橋脚と橋脚キャップが建設され、下部構造が完成します。 [ 238 ] [ w ]吊り橋は通常、アンカーを必要とします。アンカーとは、地盤にしっかりと固定された大きな鉄筋コンクリートブロックです。橋桁全体と活荷重を支える大きなケーブルの横方向の引っ張りに耐えなければならないため、非常に重く、地盤に固定する必要があります。[ 240 ] [ x ]
川、湖、または海に橋脚（橋脚または塔）を建設する場合、特別な技術を使用する必要があります。[ 243 ]ケーソンは、橋脚の水中部分を建設している間、作業スペースを提供するために使用できます。ケーソンは、底が開いている大型の防水中空構造物です。通常は水底に沈められ、作業員は内部で作業して、基礎のための地盤を準備できます。掘削が完了すると、ケーソンは通常、基礎の全部または一部を作るためにコンクリートで満たされます。[ 244 ]密閉されたケーソン内の空気圧は、水の浸入を防ぐために高く維持する必要があります。[ 245 ]作業員は、ケーソンから出るときに適切に減圧しないと、減圧症になる可能性があります。[ 246 ]初期の橋梁建設者は減圧症を理解しておらず、死亡事故が頻繁に発生した。イーズ橋（1874年完成）の建設中に13人の作業員が減圧症で死亡した。[ 246 ]
水中で基礎を構築するもう 1 つの方法は、ボックス ケーソンです。これは、上部が開いた大きな鋼鉄またはコンクリートの箱で、タグボートで橋の建設現場まで曳航され、海底に沈められてコンクリートが充填されます。[ 247 ]明石海峡吊橋は、高さ70 メートル (230フィート) 、直径80 メートル (260フィート)の2つの基礎にボックス ケーソンを使用しました。ケーソンは水深60 メートル (200フィート)の海底に沈められ、それぞれ 355,000 立方メートルのコンクリートが充填されました。基礎は杭や基礎なしで海底に直接設置されています。[ 247 ]ケーソンの代替案として、コッファダムがあります。これは、支持場所を囲む一時的なダムで、上部が開いており、作業員が基礎を建設している間作業することができます。[ 248 ]
ベアリングは、上部構造と下部構造の接触点によく設置されます。ベアリングは、熱膨張と収縮、材料のクリープ、または軽微な地震によって生じる小さな動きを可能にする機械装置です。ベアリングがないと、このような動きが発生したときに橋梁構造が損傷する可能性があります。ベアリングは、他の方向への動きを許容せずに、特定の方向への小さな回転または滑りの動きを許容するように選択できます。橋梁で使用されるベアリングの種類には、ヒンジベアリング、ローラーベアリング、ロッキングベアリング、スライディングベアリング、スプリングベアリング、およびエラストマーベアリングがあります。[ 250 ]
下部構造が完成したら、下部構造の上に上部構造が構築されます。桁橋の上部構造は、現場で構築することも、現場外で製作（プレキャスト）して橋梁現場に輸送することもできます。[ 251 ]プレキャスト桁は、クレーンまたはガントリーによって支持部の上に設置できます。[ 252 ]橋桁が深い渓谷を横断する場合は、ローンチングと呼ばれる技術が使用されることがあります。桁とデッキはアプローチ道路で組み立てられ、障害物を横切って水平に押し出されます。[ 253 ] [ y ]
アーチ橋の上部構造の建設方法は材料によって異なります。コンクリートまたは石造りのアーチでは、アーチの建設中にアーチを支えるために、仮設の木製構造物（仮設支保工またはセンタリングと呼ばれる）が使用されます。 [ 255 ]鋼製アーチ橋の中には仮設支保工を使用して建設されるものもありますが、両半分を橋台から張り出すために片持ち梁を使用するものもあります。[ 256 ]
片持ち梁橋の上部構造は通常、アンカーまたは橋脚から外側に向かって段階的に構築されます。ほとんどの片持ち梁の上部構造は、橋が外側に伸びるにつれて自立できるため、仮設の支持橋脚なしで構築できます。鋼製またはコンクリート製の片持ち梁でも同様のプロセスが使用されます。プレハブセクションは、地上（または水面）レベルに配置され、ガントリーで所定の位置に吊り上げられるか、片持ち梁の既に完成した部分に沿って水平に輸送されます。コンクリート製の片持ち梁では、各セクション内のチューブに鋼製のプレストレスケーブルを通し、締め付ける必要があり、これによりコンクリートに圧縮力が加わります。[ 257 ]トラス橋は、ピースバイピース、片持ち梁、仮設構造物など、さまざまな方法で構築されます。[ 258 ]
斜張橋の上部構造は、下部構造の一部である基礎の上に直接設置される1つまたは複数の塔の建設から始まります。デッキは、塔[ h ]から外側に向かって部分的に構築されます。これらの部分は、吊り上げ、下からの支持、打ち上げ、または組み立てられたデッキ部分からの片持ちによって所定の位置に設置できます。 [ 259 ]デッキの各部分が追加されるたびに、鋼鉄ケーブルで塔に接続され、ケーブルはデッキの荷重を支えるように締め付けられます。[ 259 ]
吊り橋の上部構造の建設は通常、塔から始まります。[ 260 ] [ h ]塔は鋼鉄またはコンクリート製で、基礎の上に直接設置されます。大きなケーブルは、大きな滑車を橋桁全体に往復させ、各往復でアンカー間に複数のワイヤーを張る「紡績」と呼ばれる工程によって作られます。ワイヤーが紡績された後、束ねられてケーブルになります。[ z ]ケーブルは両端のアンカーにしっかりと固定されます。[ aa ]ハンガーと呼ばれる垂直ワイヤーがケーブルから吊り下げられ、次にデッキの小さなセクションがハンガーに取り付けられ、セクション同士が接続されます。[ 263 ]
鉄塔は、コンクリートまたは鋼鉄でできており、斜張橋や吊橋の上部構造の重要な構成要素です。[ ab ]コンクリートは一般的に高さ約250メートル（820フィート）までの鉄塔に適していますが、鋼鉄製の鉄塔はそれよりも高くすることができます。[ 265 ] [ ac ]鉄塔は橋のケーブルを支え、ケーブルは橋桁と交通の重量を支えます。鉄塔にかかる荷重のほとんどは、横方向ではなく、鉄塔に垂直下向きに作用します。[ 267 ]鉄塔は圧縮応力を受けますが、ケーブルは引張応力を受けます。[ 104 ]鉄塔に鉄塔を取り付けるには、サドルまたはアンカーという2つの機構が使用されます。サドルは、鉄塔を貫通（または鉄塔の上部を越える）ことができる湾曲した構造です。アンカーは鉄塔の端を保持します。サドルは吊橋でよく使用され、アンカーは斜張橋でよく使用されます。[ 268 ]
鋼鉄ケーブルは、斜張橋と吊橋の両方の構成要素です。ケーブルは1本または複数の撚り線で構成され、各撚り線は複数のワイヤで構成されています。ワイヤは、通常の鋼よりも高い引張強度を持ち、直径が3mmから7mmの、細くて柔軟な鋼の塊です。[ 270 ] [ ad ] ケーブルは通常、橋梁現場で大きなリールからワイヤまたは撚り線を巻き戻して構築されます。[ 272 ]大きな吊橋では、直径が1メートル（3フィート3インチ）を超え、重量が20,000トン（44,092,450ポンド）を超えるケーブルが使用される場合があります。[ 273 ]
吊り橋のケーブルを建設する前に、ワイヤーを橋桁全体に引き込み、塔の頂上まで通す間、ワイヤーを支えるための仮設のキャットウォークを建設する必要があります。 [ 274 ]ワイヤーを橋桁全体に引き込む方法には、エアスピニング方式（個々のワイヤーを滑車で運ぶ方法）とプレハブストランド方式（ストランド全体を引き込む方法）の2つの方法があります。[ 275 ] [ ae ]
1960年代にプレハブストランド法が発明されるまで、すべての吊り橋にはエアスピニング法が使用されていました。[ 276 ] 300～500本のワイヤーを引き出した後、アルミバンドを使用してそれらを束ねてストランドにします。[ 277 ] [ af ]ストランド内のワイヤーは平行である場合もあれば、互いにねじれた（らせん状の）パターンで巻き付いている場合もあります。[ 279 ]エアスピニングでは常に平行ワイヤーを含むストランドが生成されます。プレハブストランド法では、平行またはねじれたワイヤーを含むストランドを使用できます。[ 279 ] [ ag ]
橋のデッキは、橋の全長にわたって広がる平らな水平面です。デッキは通常、梁または箱桁の上に載っています。デッキが支持梁または桁にしっかりと取り付けられている場合、それらは一体となって単一の構造物として機能します。[ 281 ]デッキの一般的なタイプは、コンクリートデッキと直交異方性鋼デッキの2 つです。[ 282 ] [ ah ]コンクリートデッキは、鉄筋コンクリートの平らなスラブです。スラブは、現場外でプレキャストするか、橋の上部構造の型枠にコンクリートを流し込んで現場で鋳造することができます。 [ 285 ] [ ai ]直交異方性鋼デッキは、摩耗面がコーティングされた平らな鋼板で構成されています。[ 287 ]多数の小さな鋼製リブが、橋の車道の方向に走る上部プレートの下面に溶接されています。[ aj ]リブの下には、リブに対して横方向に配置された鋼製床梁があります。[ 289 ] [ ak ]直交異方性鋼デッキはコンクリート鋼デッキよりも高価ですが、重量は軽くなります。重量が重要な場合、薄いデッキが必要な場合、または地震や極寒の気候にさらされる環境で役立ちます。[ 290 ]
Many decks have a wearing surface on top, which is a layer of material designed to be periodically replaced after it is worn away by vehicular traffic. Wearing surfaces are typically made of aggregate (small rocks) mixed with a binder such as asphalt, polyurethane, epoxy resins, or polyester.[291][al] Railway bridge decks are categorized as open decks (the ties rest directly on beams or girders, with air gaps between) and ballast decks (the ties rest on ballast rocks, and the ballast rests on a deck slab).[293]
Constructing the deck (and its supporting beams or girders) can be difficult when the bridge is over water or a deep valley. A variety of techniques are available, and the choice depends on the topography of the site, the deck material (concrete or steel), traffic or obstacles under the bridge, and whether sections can be built off-site and transported to the bridge. Methods of deck construction include building atop temporary supports, jacking up from the ground, incremental launching (building the entire deck on the approach road and pushing it horizontally), lifting from below with a hoist mounted on the bridge, cantilevering (incrementally extending the deck, starting from towers or abutments), and lifting with a floating crane.[294]
設計された耐用年数を達成するには、橋梁を設計に特定の機能を組み込むことで劣化から保護する必要があります。橋梁は、錆、腐食、化学作用、機械的摩耗など、さまざまな原因で劣化する可能性があります。劣化は、鋼材の錆やコンクリートのひび割れや剥離として目に見えることがあります。 [ 295 ]劣化は、主に橋梁部材から水と酸素を排除することを目的としたさまざまな対策によって遅らせることができます。[ 296 ]水による損傷を防ぐ技術には、排水システム、防水膜（ポリマーフィルムなど）、伸縮継手の除去などがあります。[ 297 ] [ am ]コンクリート橋梁部材は、防水シールやコーティングで保護できます。[ 299 ] [ an ]コンクリート内の鉄筋は、高品質のコンクリートを使用し、鉄筋を囲むコンクリートの厚さを増やすことで保護できます。[ 301 ]橋梁の鋼材は、塗料または亜鉛めっきで保護できます。[ 302 ]ステンレス鋼または耐候性鋼（錆の保護外層を形成することで塗装の必要性をなくす鋼合金）を使用することで、鋼部材の塗装を完全に回避することができる。 [ 303 ]
橋脚が水中にある場合、橋の洗掘は深刻な問題となる可能性があります。水流によって、橋脚の周囲や下にある砂や岩が時間とともに洗い流されることがあります。この影響は、橋脚の周囲に仮締切堤を設置したり、橋脚の周囲に大きく慎重に配置した岩を配置したりすることで軽減できます。[ 304 ] [ ao ]吊り橋や斜張橋には、数百本の鋼線を含む大きなケーブルがあります。ケーブル内部の腐食を最小限に抑えるために、ケーブルを亜鉛メッキ線で巻いたり、ケーブルにグラウトやエポキシを注入したり、インターロッキングSプロファイルワイヤーを使用したり、ケーブル内部に乾燥空気を循環させたりするなど、いくつかの技術が使用されています。[ 306 ]航行可能な水路に支持構造を持つ橋は、特定の定義済みの大きさまでの船舶衝突に耐えられるように設計されています。水路標識やパイロット警告システムに加えて、水中の橋脚は、フェンダー、杭、または小さな人工島などの物理的な保護物で囲まれている場合がある。[ 307 ]
橋が完成して運用開始されると、交通が途絶えることなく、安全上の事故を回避し、意図された耐用年数を達成できるように、管理プロセスが実施されます。これらのプロセスは、総称して橋梁管理と呼ばれ、保守、検査、監視、試験などの技術的な活動が含まれます。[ 308 ]管理には、技術的な作業に加えて、保守活動の計画、予算編成、優先順位付けも含まれます。[ 308 ]橋梁管理者は、橋梁管理システムとライフサイクルコスト分析手法を使用して橋を管理し、橋の耐用年数全体にわたる保守コストを見積もります。[ 309 ]橋が老朽化し劣化するにつれて、年間保守コストは増加します。[ 310 ]
維持管理活動は、橋の寿命を延ばし、ライフサイクルコストを削減し、コミュニティの安全を確保することを目的としています。[ 311 ]維持管理作業は、是正作業と予防作業に分類できます。[ 312 ]是正作業は、予期せぬ問題が発生した場合に実施され、たとえば、構造要素（橋脚、梁、桁、塔、ケーブル）の修理やベアリングの交換などが含まれます。[ 313 ]
予防作業には、洗浄、塗装、ベアリングの潤滑、デッキのシーリング、ひび割れの充填、除雪、ポットホールの充填、構造物や電気設備の軽微な問題の修理などが含まれます。[ 314 ]予防作業の中には、定期的なスケジュールで実施されるものもあります。定期的な橋梁メンテナンス作業のスケジュールの例は次のとおりです。構造物全体の洗浄（1～2年）、デッキ表面のシーリング（4～6年）、ベアリングの潤滑（4年）、鋼製橋梁部品の塗装（12～15年）、デッキの摩耗面の交換（12年）、歩道のシーリング（5年）、ひび割れの充填（4年）、排水溝の清掃（2年）。[ 315 ]
維持管理の重要な部分の一つは、橋梁の損傷や劣化を検査し、検出された問題を軽減するための措置を講じることです。劣化は、凍結融解サイクルによる膨張/収縮、雨、鋼材の酸化、海水の飛沫など、環境要因から発生する可能性があります。また、車両の通行、機械的摩耗、不適切な橋梁設計、不適切な修理手順など、人間の活動によっても損傷が発生する可能性があります。[ 317 ]一部の国では、定期的な検査スケジュールが義務付けられており、例えば、24か月ごとの定期検査や、60か月ごとの水中基礎の洗掘検査などがあります。[ 318 ]
橋梁の劣化を評価するために目視検査だけに頼るのは信頼性に欠けるため、検査員はさまざまな非破壊検査技術を使用します。[ 319 ]これらの技術には、ハンマー打撃試験、超音波パルス速度試験、地震トモグラフィー、地中レーダーなどがあります。[ 320 ]透水性と抵抗を評価するさまざまな電気試験により、表面コンクリートの状態を把握できます。[ 321 ] X線をコンクリートに通して、コンクリートの密度と状態に関するデータを取得できます。[ 322 ]細いプローブを使用したビデオ撮影は、アクセス可能な場所で使用できます。[ 323 ]橋梁の状態の測定は、構造健全性モニタリング（SHM）技術を使用して自動的かつ定期的に行うことができます。[ 324 ]破壊試験と呼ばれる一部の試験では、橋梁からサンプルを取り外し、顕微鏡、音波装置、またはX線回折で分析するために研究所に持ち込む必要があります。[ 325 ]破壊試験は、コンクリートからドリルで穴を開けたコア、またはケーブルから切り取った小さな鋼線片を取り出すことによって行われます。[ 325 ]
橋の建設と運営の資金は、燃料税、年間車両登録料、通行料、渋滞料、衛星追跡に基づく使用料など、さまざまな財源から得られます 。 [ 326 ]特に発展途上国の橋の中には、世界銀行や中国の一帯一路構想などの国際的な資金源から資金提供を受けているものもあります。[ 327 ]通行料システムは、特に料金所を使用する場合、建設と管理に費用がかかるため、一般的に資金調達の非効率的な仕組みです。料金所は交通を遅らせ、出入口の建設を妨げる可能性があります。[ 328 ]
橋の建設費用は通常、政府機関が負担しますが、1990 年以降、官民連携(PPP) 協定を利用して民間企業が建設し、費用を負担する橋が増えています。PPP プロジェクトでは、政府が橋の建設権を企業に付与し、企業は一定期間通行料を徴収することで費用を回収します。[ 329 ] [ ap ]期間が終了すると、橋は政府の所有に移管され、政府は通行料の徴収を継続するかどうかを選択できます。PPP モデルで建設された注目すべき橋には、クイーン エリザベス 2 世橋(1991 年建設、通行料徴収期間 20 年) とセカンド セヴァーン クロッシング(1996 年建設、通行料徴収期間 30 年) があります。[ 330 ]
橋梁の崩壊は、構造技術者にとって特に重要です。なぜなら、崩壊の分析から得られる教訓は、設計および建設プロセスを改善するのに役立つからです。[ 332 ]橋梁の崩壊にはさまざまな原因があり、自然要因（洪水、洗掘、地震、地滑り、風）と人的要因（不適切な設計および建設方法、衝突、過負荷、火災、腐食、検査およびメンテナンスの不足）に分類できます。[ 333 ]時間の経過とともに、橋梁の崩壊は、橋梁の設計、建設、およびメンテナンス方法の大幅な改善につながりました。[ 334 ]厳密な科学的原理に基づく橋梁工学手順が登場する前は、橋梁は頻繁に崩壊していました。崩壊が最も多かったのは19世紀半ばで、急速に拡大する鉄道網が世界中で毎年数百の新しい橋を建設していました。[ 335 ]米国では、1870年代に年間40の橋が崩壊し、これはその10年間に建設されたすべての橋の25%に相当します。[ 336 ]
現代では、橋梁工学の手法が進歩したにもかかわらず、橋梁の崩壊は定期的に発生し続けている。[ 337 ]オーストラリアでは、キングストリート橋が開通から1年後の1962年に、不適切な溶接技術が原因で崩落した。[ 338 ]パラオでは、コロール・バベルダオブ橋が、橋の大規模な改修工事から3か月後の1996年に崩落した。[ 339 ] 1998年には、バングラデシュのトゥラグ・バクルタ橋が、橋脚周辺の土壌を河川水が浸食したために崩落した。[ 340 ]ロンドンのミレニアム橋は2000年に開通したが、2日後に過度の揺れのために閉鎖された。ダンパーが設置されてから2年後にようやく開通した。 [ 341 ] 21世紀初頭に米国で発生した橋梁の崩壊の約半分は、洪水による損傷または洗掘（水流が橋脚を浸食すること）が原因でした。[ 342 ]
多くの橋（象徴的な橋として知られる）は、特定のコミュニティと強く結びついています。[ 344 ] [ aq ]特に大きな吊り橋は、しばしば、それが位置する都市を象徴する象徴的なランドマークと見なされます。有名な例としては、ニューヨークのブルックリン橋、サンフランシスコのゴールデンゲートブリッジ、ブリストルのクリフトン吊り橋、ブダペストのセーチェーニ鎖橋などがあります。[ 345 ] [ ar ]中国の大沽橋のように、視覚的に印象的な橋の中には、その都市のランドマークを作ることを明確な目的として設計されたものもあります。[ 347 ]ダン・クルックシャンクは、橋の中には「場所やコミュニティを変え、景観や人々の心に痕跡を残し、想像力を掻き立て、誇りやアイデンティティを生み出し、時代や場所を定義する」力を持つものがあると述べています。[ 173 ]
橋梁は、地域社会の環境、社会、経済に、プラスとマイナスの両方の大きな影響を与える可能性があります。橋梁の設計プロセスでは、ライフサイクルサステナビリティ評価やビルディングインフォメーションモデリングを使用してこれらの影響をモデル化することができ、その結果を使用して橋梁の設計を調整し、環境、社会、経済への影響を改善することができます。[ 348 ]
新しい橋の建設によるプラスの効果としては、輸送時間の短縮、雇用機会の創出、社会的不平等の改善、生産性の向上、国内総生産（GDP）の増加などが挙げられます。[ 348 ]新しい橋の建設は周辺地域の賃金を上昇させる可能性がありますが、男女間（男性は女性よりも賃金上昇が大きい）および教育水準間（高学歴者は低学歴者よりも賃金上昇が大きい）の所得格差を拡大させる可能性もあります。[ 349 ]洪水が頻繁に発生する地域では、橋は河川を安全に渡れるようにすることで、全体の所得を増加させることができます。[ 350 ]山岳地帯の未開発地域では、深い谷を横断する橋の建設は、橋で結ばれたコミュニティに大きな利益をもたらす可能性があります。橋がない場合、そのような地域では、より繁栄している中心地域が、開発の遅れた周辺地域に囲まれていることがよくあります。深い谷に橋を架けることで、地域間の開発格差を縮小し、経済発展を促進し、商品やサービスへのアクセスを改善することができます。[ 351 ]
地球温暖化は、新しい橋の建設によって悪化する可能性がある。なぜなら、コンクリートの製造は温室効果に大きく寄与するからである。[ 352 ] [ as ]橋は周辺地域の経済を活性化させる可能性がある一方で、環境汚染も比例して増加させる。[ 352 ] 建設業界（橋梁建設を含む）に蔓延する汚職は、社会経済的に悪影響を及ぼす可能性がある。 [ 353 ]高速道路を通す橋は、車両衝突の増加につながる可能性があり、その経済的コスト（医療費と生産性の損失）は1件あたり平均14,000ユーロを超える。[ 354 ]
自殺は橋から飛び降りることで行われることがある。高い橋のある都市部では、この方法が自殺の20%から70%を占めることがある。[ at ]一部の地域では、飛び降り自殺は抑制制御能力が低い傾向にある若年成人に不均衡に影響を与えている。特定の橋が悪名高くなり、自殺危機にある人を引き寄せ、悪循環を生み出すことがある。高リスクの橋には自殺防止柵が設置されていることが多く、[ au ]これにより橋での自殺率が劇的に低下する。[ av ]高リスクの橋に柵を設置すると、一般的にその地域での飛び降り自殺率は低下するが、場合によっては他の橋が代替となることもある。[ 355 ]
土木工学という職業（橋梁建設の分野を含む）は、18 世紀にフランスのエコール・ド・パリの土木工兵隊内にジャック・ガブリエルの指導の下、工学学校が設立されたときに正式に確立され始めた。[ 356 ] 1747年、橋梁建設に特化した最初の学校である国立土木工兵学校がフランスのエンジニア、ダニエル＝シャルル・トルデーヌとジャン＝ロドルフ・ペロネによって設立された。[ 356 ]土木工学に焦点を当てた最初の専門家組織は、1818 年に英国で設立された土木学会であり、当初はトーマス・テルフォードが率いていた。[ 357 ]
現代では、橋梁工学は、米国国家技術者・測量士試験評議会、カナダ専門技術者評議会、英国工学評議会などの国家機関によって規制されています。 [ 358 ]多くの国では、橋梁技術者は免許を取得するか、最低限の教育要件を満たす必要があります。[359] 一部の国では、技術者は資格試験に合格する必要があります。たとえば、米国では、技術者は工学基礎試験に続いて工学原理と実務試験に合格する必要があります。[ 360 ]ポーランドでは、橋梁技術者は、上級技術者の下で数年間の経験を積み、ポーランド土木技術者協会が実施する試験に合格することで認定を取得する必要があります。[ 361 ]工学分野における国際協力は、世界工学組織連盟によって促進されています。[ 362 ]
橋は芸術、伝説、文学に広く登場し、人間の業績、寿命、経験の比喩や象徴として用いられることが多い。[ 364 ]北欧神話では、神々の住むアスガルドは、虹の橋ビフレストによって地上と繋がっている。[ 363 ]ヨーロッパには「悪魔の橋」と呼ばれる橋が数多くあり、その橋が悪魔と関連付けられる理由を説明する民話が存在する場合もある。[ 365 ]キリスト教の伝説では、聖ベネゼが巨大な岩を持ち上げてサン・ベネゼ橋の建設を開始し、その後、架空の橋梁建設兄弟団を創設したとされている。[ 366 ]橋は絵画にも大きく描かれており、モナ・リザのように背景に描かれることが多い。[ 367 ]
現代においても、橋は文化の中で重要な役割を果たし続けている。橋はしばしば、ページェント、祝祭、行列の舞台となる。[ 368 ]作家は、イヴォ・アンドリッチの『ドリナの橋』やソーントン・ワイルダーの『サン・ルイス・レイの橋』など、小説の中心に橋を据えてきた。[ 369 ]イギリスの詩人フィリップ・ラーキンは、自宅近くのハンバー橋の建設に触発され、1981年に「生者のための橋」を書いた。 [ 370 ]近隣諸国は、共有の橋の一部を友好の橋または平和の橋と指定することを選んだ。[ 371 ] [ aw ] 1996年、欧州委員会はユーロ紙幣のアートを選ぶためのコンペを開催した。オーストリアのデザイナー、ロバート・カリナは、連合加盟国間のつながりと未来への道を象徴する橋のイラストで優勝した。[ 372 ]
