はじめに
前回の記事では、アーチ橋について構造の原理から種類までを解説しました。
【内部リンク：アーチ橋を詳しく知ろう｜構造の原理と種類を解説】
今回は「吊橋（つりばし）」を取り上げます。
吊橋は、長い距離を一気に跨ぐことができる橋形式として、世界中で活躍しています。日本でも関門橋、瀬戸大橋、明石海峡大橋など、よく知られた長大橋の多くが吊橋形式で造られています。今回は、その構造の原理から構成部材、身近な実例までを順に見ていきます。
吊橋とは
吊橋とは、ケーブルや綱、ロープなど引張強度の高い部材で、桁や床版を吊り下げた構造の橋のことです。
橋の主要な部分は、両岸から立ち上がる主塔と、主塔の頂点を通る曲線状の主ケーブルで構成されます。主ケーブルから垂れ下がるハンガーロープが、橋床（人や車が通る部分）を支えています。
桁橋やトラス橋、アーチ橋が「下から支える構造」だとすれば、吊橋は「上から吊る構造」と言える点が大きな特徴です。
吊橋を支える力学的なしくみ
吊橋がなぜ長いスパンを実現できるのか、そのしくみを順に見ていきます。
引張力で荷重を支える
吊橋の主ケーブルには、橋床の重さや交通荷重などが引張力として作用します。
引張部材は、引張強度を増せば部材を長くしても破断しません。一方、圧縮部材は長くすると「座屈（ざくつ）」という不安定現象によって破壊されてしまいます。これが、圧縮部材では橋を長くするのに限界があるのに対し、引張部材を主構造とする吊橋が長大化に向いている理由です。
主塔が圧縮力を受け持つ
主ケーブルが受けた荷重は、最終的に主塔の頂点を通り、両岸のアンカレイジへと伝わります。このとき、主塔には圧縮力が作用します。
吊橋では、主塔以外のほとんどの部材が引張部材として働きますが、主塔だけは圧縮力に耐える役割を担っているのです。
風による揺れへの注意
吊橋は引張部材が中心の軽くて長い構造であるため、たわみやすい性質を持ちます。そのため、風に対する安定性、いわゆる耐風設計が重要になります。
過去には、風による振動で吊橋が崩落した事例もあり、現代の吊橋では風洞実験などを通じて十分な検討が行われています。
吊橋の特徴
吊橋には、以下のような特徴があります。
- ケーブルが主構造を担う
- 主塔を除けば、多くの部材が引張部材である
- ケーブルは主塔の頂点に据え、両端をアンカレイジに留める
- スパン（支間長）を長くできる
- 美しく、軽く、強い
- 耐風設計が必要となる
吊橋は、長大化に最も適した橋形式の1つだと考えます。海峡や長い谷間を一気に跨ぐ場面で、その実力を発揮します。
吊橋を構成する主な部材
吊橋は、いくつかの特徴的な部材が組み合わさってできています。ここでは、主な構成部材を1つずつ見ていきます。
主塔（メインタワー）
吊橋の両岸に立つ大きな塔のことです。主ケーブルを最上部で支え、ケーブルから伝わる力を地盤へと伝えます。圧縮力に耐える必要があるため、主塔には鋼やコンクリートなど高強度の材料が用いられます。
主ケーブル（メインケーブル）
主塔の頂点を通り、両岸のアンカレイジまで張り渡される、吊橋の最も重要な部材です。橋床の荷重を引張力として受け持ちます。多数の細い鋼線を束ねて1本の太いケーブルに仕上げる工法が一般的です。
ハンガー（ハンガーロープ）
主ケーブルから垂れ下がり、橋床を吊るための部材です。鉛直方向に伸びる細いケーブルが等間隔で並んでいる様子は、吊橋の象徴的な見た目を作り出しています。
アンカレイジ
両岸に設けられる、主ケーブルの両端を固定する重い構造物です。主ケーブルが受けた巨大な引張力を、最終的にこのアンカレイジが受け止め、地盤へと伝えます。コンクリートで造られた巨大な塊として設計されることが多く、吊橋の縁の下の力持ちと言える存在です。
補剛桁（ほごうげた）
橋床部の剛性を高めるために設けられる桁です。補剛桁が無い吊橋は「無補剛吊橋」と呼ばれ、たわみやすい性質を持ちます。長大な吊橋では、補剛桁または補剛トラスを用いて橋全体の安定性を確保しています。
身近に見られる吊橋
身近な吊橋の例として、**関門橋（かんもんきょう）**を紹介します。
関門橋は、1973年（昭和48年）に開通した、山口県下関市と福岡県北九州市門司区を結ぶ吊橋です。本州と九州を陸路で結ぶ役割を担い、関門自動車道の一部を構成しています。
全長は1,068m、最大支間長は712m、主塔の高さは約134mに及びます。形式は3径間ヒンジ補剛トラス吊橋で、開通当時は東洋一の長さを誇る吊橋でした。
主ケーブルは直径67cmで、5mmの鋼線を14,014本束ねて造られています。関門海峡は航路として重要なため、海中に橋脚を造らず、海面から61mの高さを確保した吊橋形式が採用されました。
関門橋の建設で得られた知見と技術は、後の本州四国連絡橋など、日本の長大橋建設に大きく活かされていきます。下関側の壇ノ浦パーキングエリアや、門司側のめかりパーキングエリアからは関門橋を間近に眺めることができ、観光地としても親しまれています。
まとめ
今回は、吊橋について構造の原理から構成部材、身近な実例までを見てきました。要点を振り返ります。
- 吊橋は、ケーブルなど引張部材で桁や床版を吊り下げた構造の橋である
- 引張部材を主構造とすることで、長大なスパンを実現できる
- 主塔は圧縮力を、その他の多くの部材は引張力を受け持つ
- 主な構成部材は、主塔・主ケーブル・ハンガー・アンカレイジ・補剛桁
- 軽くたわみやすい構造のため、耐風設計が重要となる
吊橋は、長大化に最も適した橋形式の1つです。海峡や長い谷間を跨ぐ場面で、その合理的な構造美を見せてくれます。
次回も、橋梁の世界をさらに広げていく内容をお届けします。お楽しみに。
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