ヨークミレニアムブリッジ、純ステンレスアーチ

曲げヨークミレニアムブリッジ (Lc=80m, 2001.5)

 ヨークのOuse川にかかる橋。イギリスのMillennium projectで架けられたIconic bridgeの一つ。”ミレニアム”と派手な名前と外観に似合わず、閑静な住宅地にあり、きれいに区画されている様子から新しい住宅地と住宅地を結ぶ橋です。
設計はwhitby bird and partners。マンチェスターにある同じようにアーチリブが傾いた歩道橋の設計もしています。

マンチェスターの橋は、平面曲線があり、ハンガーはケーブルではなく鋼材です。比べるとこだわりの橋脚形状にささやかな共通点があります。

アーチリブは60mmのステンレス厚板。アーチリブにダンパーらしきものが2つある。アーチリブが軽いので、TMDのマスが小さくこのカバーの中に収まるのかもしれない。

ステンレス製ケーブル。ベンチ側に主桁が寄せられていて、ベンチの下は箱桁がある。

ケーブル定着点は、少しでもケーブル角度が重心位置に近づけられるように路面より少し高い位置、ベンチの上に設置されている。ケーブル本数を増やしコンパクトな定着で目立たない。メンテ上も上に出ていた方がいい。

ステンレスはアーチリブとケーブルに使われている。桁下の桁と柱は鋼製。完成から16年の2017年時点で腐食が目立ってきている。

ステンレス製のアーチ本体はDuplex stainless steel, Grade 1.4462, 厚さは20mmと60mmです。ケーブルはφ19のステンレスGrade 1.4401
アーチの角度は50度
高欄もステンレスです。

桁は曲線ではないので、桁の片側で吊れば、単純に捩れが出ます。この捩れを最小にするために、桁は頂点をケーブル側に寄せた三角形とし、ケーブルの角度はかなり寝かせてケーブルの延長が桁の重心位置に近づくように設計されています。アーチリブ自身の自重がステンレスのおかげで軽いので、アーチを大胆に傾けても寝ることで作用する横方向の曲げは小さいという利点がありそうです。

桁断面は、重心をさらにアーチリブ側に寄るように、ベンチの部分は実は箱桁が突出した形状になっています。強引な解決策ですが、ずれたまま桁のねじり強度に多くを期待するよりもエンジニアの良心が感じられて楽しいです。

また、ケーブル定着点は、少しでもケーブル角度が重心位置に近づけられるように路面より少し高い位置、ベンチを設けた高さに定着されています。

桁断面が見れるリンク。8ページ目。このパンフレットで紹介されているうち、ロンドンの2つのステンレスを使った橋は既に撤去済み。残念といえば残念ですが、いずれの時代でも技術革新のスピリットがあるのがイギリスの橋の楽しいところです。
http://www.imoa.info/download_files/stainless-steel/euroinox/Pedestian_bridges.pdf

アーチリブには2つのTMDがついています。単弦アーチなので横方向の全体座屈に抵抗するようにアーチリブの形状は、200x600の扁平な形状。
アーチリブ側の定着点は、アーチリブの中に隠されているので、構造がすっきり見えます。ステンレスの吊材は、定着点の重たげな塗装が見えないので近くで見たときに軽やかです。

この橋、下部構造が傾いていて、アーチ軸力による反力は地盤に伝えられているように見えますが、構造はタイドアーチのようです。アーチリブと下部構造の接続は非常に心細い物で、断面力を伝えているようには見えません。

ヨークミレニアムブリッジは、ヨーク駅から少し距離があります。2kmくらいです。当日街の祭りの日で、バスは渋滞、タクシーは行列で乗れそうになく歩きました。

ヨーク駅に隣接して、国立鉄道博物館があり、美しい機関車が並んでいます。マラード号やロケット号を見ると、ヨークやソーナビーにある挑戦的な橋がイギリスで計画、施工されるのは必然に感じられます。

蒸気機関車の最高速度記録203km/hをもつマラード号。後ろに写る跨線橋はイギリスの鉄道駅で見かける形式で合理的な形状で美しい。博物館に像があるのは父のジョージ。ハイレベル橋やブリタニア橋の鉄橋は息子のロバート。

[写真] マンチェスターの傾いたアーチの橋Merchants Bridge

Merchants Bridge マンチェスターの傾いたアーチの橋、1995、Lc=38m

設計はヨークミレニアムブリッジと同じwhitby bird and partners。

いくつかの傾斜したアーチリブを片側に配置しバランスさせた橋梁の中で、桁も平面的にカーブさせているので、より理論的にバランスさせている歩道橋。

桁のパイプ径は30cm程度で、アーチリブ側に配置されている。

運河の航行が盛んな箇所にかかっており、桁下の確保のために桁高が薄いことが求められる。マンチェスターは鋼橋の楽園。背後に1894年の魅力的な鉄の橋Great Northern viaductが見える。

アーチ側のパイプから外側へなだらかな三角形を描く箱桁。ねじり剛性を確保している。ハンガーはケーブルではなく、鋼材のH型断面で剛性が高い。これらの剛性は、アーチリブの座屈防止や振動に対する安定性の向上に寄与する。

桁が直線ではなく、より厳密なバランスに近い、と思う。

ヨークミレニアムブリッジと同じように、基礎がアーチリブの方向に傾けられている。桁下には沓があり、構造は上下で分離されたタイドアーチなので、橋軸方向に力は作用していない。基礎の傾きはアーチのラインを連続するように考えられた設計者による意匠

曲線の内側は柱。曲線の外側が細い鋳鋼製の棒で、力学的な力の方向＝垂直に配置しているのは引張力が作用するのか？

パイプ径は30cm程度。

建築家は白が好きだが、特にヨーロッパでは汚れが目立つ橋梁が多い。写真の2017年はまだましだったようで、2024年のStructuraeの写真を見たら、汚れに落書きで田舎の水管橋でもそこまでひどくないという姿になっていた。。

メナイ橋とブリタニア橋（その2）

ブリタニア橋 (Britannia Bridge, 1850, 70+140+140+70)
コンウィ鉄道橋 (Conwy railway bridge, 1848, L_tube=129.2m, 94.5m:1899)

メナイ橋が架けられた頃に発明された鉄道がものすごい勢いで広まり、ホリーヘッドへ向かう鉄道路線のために必要になった、メナイ海峡を渡る橋として、ブリタニア橋が架けられました。
コンウィ鉄道橋も同じ路線上に同時期に架けられました。

ケーブルに鉄を使った吊橋を除けば、錬鉄橋の最大支間が10m程度だったころに、支間140mの錬鉄製の16mmの薄板を組み立てた補剛構造のチューブの中を鉄道が走る、規模も構造も超画期的な橋でした。
材料革命により、それまで見たことがない構造物が現る。です。
設計はロバートスティーブンソン。

現在のブリタニア橋。火災で焼失する前の橋は、スチーブンソンJr.により設計された鋼製のチューブ橋でした。再建された橋は、上路が再建時に追加された道路、下路が鉄道。
架け替え前は、２層の桁の場所に、下のコンウィ鉄道橋のような箱が乗っていました。塔は開業時のまま。

ブリタニア橋の架橋地点は海峡なので、31.6mの桁下空間が確保されています。

Conwy鉄道橋。同時期に建設されたスティーブンソンのチューブ橋の唯一の生き残り。

支間中央がすこし高い。排水？剛性？

チューブのサイズは、

　旧ブリタニア橋　4.5m x 9m x 140m　1500トン

　コンウィ鉄道橋　4.4m x 6.9-7.8m x 129.2m　1320トン

コンウィ橋の支間途中の2つの橋脚は、鉄道の重量増に対応するために1899年に追加されたもので、支間は94.5mになりました。橋脚は鋳鉄製でコンクリートで充填されています。この時代の橋脚の形はマンチェスターの市街でも見られます。

構造
ブリタニア橋では、スチーブンソンの推す楕円形など、いくつかの断面が検討され、製作の容易なリベット止めの矩形断面が採用されました。架橋前に、なんと、支間23.8m, 1/16の模型で試験を行ったそうです。
いきなり見たことがないものが姿を現した。は正確ではなく、慎重な、慎重な、試行の上に、安全であるべくして完成しています。
16mmの板を組合わせて座屈耐力を高め、圧縮フランジとする活用法は、鋼材の特性を理解した効率的な使い方で、現在の設計思想と変わりません。本当に驚かされます。
追加支点部の垂直補剛材は、あとで追加されたものと思いますが、板の継ぎ手が密な垂直補剛材になっているのはたまたまでしょうか。錬鉄の板のサイズがこの大きさだとロイヤルアルバート橋の説明で見た記憶がありますが、せん断パネルの補剛効果がきちんと考えられていると推察します。

橋には、鉄のチューブを雨から守るために、両方の箱を覆う12m幅の木製の屋根が掛けられ、その屋根はタールが塗られた麻布で覆われました。これが、1970年の火災でチューブを変形させ、掛け替えに至る原因となりました。
火災は、チューブの継ぎ目のタールに引火し、木製にタールを塗った屋根に燃え移り、その熱で致命的な損傷を受けました。
現在の橋は旧チューブを撤去し、アーチ橋に架け替えた物です。

火災の後に曲がってしまったチューブは下記リンク
http://nrhenllys.magix.net/public/tomholland3.htm
熱影響で、各支間が490mmと710mm垂れ下がったそうです。

橋脚は、スチーブンソンの時代のままです。航路には障害になるようなアーチが選ばれたのは、新橋建設時に追加される道路橋の荷重を、古い橋脚に負担させないためと考えられます。
現代では、140mの鉄道橋はたわみにくいトラスがほとんどで、桁形式は見かけません。その点でも稀少な形態の橋でした。

架設
中央支間は、高い航路高、水深が深いことから支保工が立てられず、140mのチューブを岸壁で組み立て、蒸気機関による水圧シリンダーで一括架設されました。吊り上げられた大ブロックは1500tonで、現代でも大規模工事の部類です。160年前にそれが可能と考えた技術者たちの挑戦は想像を絶します。

桁を吊り上げる水圧シリンダーは、塔の上部にセットされ、シリンダー径510mm、シリンダーの厚さ280mmの鋳鋼製でした。この厚さでも、蒸気が漏れ、ピストンの頭とチューブを吊るチェーンの合計50tonが落下する事故があったそうです。1ストロークは2mでこれを繰り返し30mの高さまで持ち上げられました。（Hydoraulic Furuid Power, A Histrical Timeline, Steve Skinner, 2014)

参考に、ジャッキアップの写真のリンク
https://www.gracesguide.co.uk/File:Im1850BC-7.jpg

この架設技術は、ブルネルのロイヤルアルバート橋でも使われています。

1500トンの大ブロック架設も、薄板を組合わせる鋼材の特性を理解した活用法と同様に、設計当時には参考にする事例が全くなかった時代です。考え抜いた結果は、現在の鋼橋の設計、架設方法と基本的な考え方は同じという恐るべき成果です。

薩英戦争がこの橋の完成の13年後。欧州でも最先端を走っていたイギリスと、日本とだいぶ差をつけられていた時代です。

Conwy鉄道橋入り口。城壁をぶち抜いているように見えますが、これは城壁に似せた橋台の飾りです。

チューブ橋は走行中の見晴らしは良くありませんが、剛性が高くたわみにくいので鉄道向きです。単純な形でありながら、ちょうど似た幅の角形の橋脚との組合せのシルエット（ブリタニア橋）、外の板継ぎのアクセントが魅力的です。

スティーブンソンはさらに断面を楕円にすることを薦めていたというのだから、魅力的に見せることにも腐心していて、材料一辺倒、数学一辺倒のような、専業であるべきではない一箇のエンジニアという人間が垣間見えます。

ライオン

ブリタニア橋の橋台位置には四頭のライオンが橋守をしています。
このライオンは、完成時には鉄道路面の高さにあった台座の上に高々と鎮座していましたが、新しい橋は、鉄道橋の上に道路が走る二層構造となったために、道路に隠れるようになってしまいました。
今も、ちょうど、鉄道の高さにいます。
遊歩道をトレッキングする人も立ち寄るちょっと愛嬌のある顔した有名人です。

新しい橋では、鉄道は単線で運用されており、片側分空いています。鉄道の運行数は少なく、踏切は手動でした。自動車の時代ですね。

メナイ橋とブリタニア橋（その３アクセス）

メナイ橋観光ガイド

メナイ橋とブリタニア橋は駅の中間にありまたそれぞれ離れているので、公共交通機関を利用するとかなり歩きます。大変気持ちのいい場所ですし、遊歩道を歩くと出発点に戻らないコースになるので、バスを活用しながら歩くのもいいとおもいます。ナイトライダーのキットのように、レンタカーが歩いた先に来てくれる時代は、もう少しトヨタとGoogleを待ちます。

こんな技術も今はずるのような気がしますが、時にはGPSと衛星画像を頼りに、見知らぬ けもの道を歩いている現代もありえないなあと自分の常識の変化の早さを感じます。

メナイ橋へのアクセスは、鉄道の駅が少し離れているのでウェールズのArrivaバスが便利です。
メナイ橋のアンカレイジ近くにバス停があります。62番のバスはBangorのバスステーションからメナイ橋を通って、ブリタニア橋の方へ行きます。
バスチケットは、Arrivaバスのサイトで期間や地域を限定したフリーチケットの事前購入が安くて便利です。私が買ったのは、ウェールズエリアの１日券で、チェスターからホリーヘッドまで広い範囲を含んで5.5ポンドでした。普通にバスの運転手に支払うことも出来ます。私は、Conwy - Bangorバスターミナル - メナイ橋、で利用しました。
購入したチケットは携帯のArriva M-ticketアプリに登録し、使う日にアプリ上でActiveにして、画面を運転手に見せて使います。

Arrivaのサイトは動いているバスの場所や到着時間がLiveで分かる優れものです。今や気の利いたバスネットワークではだいたい同様のアプリがあるようですが、異邦人にこそ強い味方です。

併走する鉄道は早いけど便数が少ないので、上手く使うと効率よく回れそうです。
ArrivaバスグループのArrivaトレインは、ホリーヘッドへ行く鉄道路線も管理しています。

Conwy駅のバス停

メナイ橋といえば、側面から見た、美しい海峡と森を背景にしたこのアングル。

この写真が撮れる場所は、ちょっと橋から離れていて、見つけるのに時間がかかりました。（上のGoogle Map参照。）国道A5を歩きながら、どこか水辺に出られないかな、とうろうろしていたら、近所のおじさんが、遊歩道の入り口まで案内してくれました。
歩道を歩くと”アイロン”があるというので、そうだ鉄の橋を見に来たんだといったら、遊歩道の先に”ライオン”があると教えてくれていたことに途中で気がつきました。英語勉強しないとだめですね。ブリタニア橋のライオンは愛されていることもわかりました。

遊歩道脇の子ライオン

絶景ポイントにアクセスする道は、アングルシー島を一周するIsle of Anglesey Coastal Pathの一部で、遊歩道が整備されています。メナイ橋のバンガー側から橋を渡ってブリタニア橋のライオンまで、約3kmです。
メナイもConwyも非常に美しい場所にあるので、橋好きではない人でも足を運ぶ価値があると思います。たぶん。

ブリタニア橋の最寄り駅は、世界一長い駅名のxxxxxx駅。Conwy駅もそうですが、ここも無人駅で、乗降客のリクエストがなければ通過されます。
跨線橋はイギリスでおなじみのタイプです。この形式の橋は、ヨークの国立鉄道博物館で1891年製の鋳鉄橋を見ることが出来ます。説明ではいくつか現役で使われていると書かれていました。

Conwy橋の最寄り駅のConwy駅は小さい駅なので、前の車両に移動しないと出られません。また、手前にGlan Conwyという駅もあり紛らわしいのでご注意を。

マンチェスターから一日の旅でした。お疲れさまでした。

メナイ橋とブリタニア橋（その１）

メナイ海峡を渡る江戸時代に架けられた長大鉄橋 メナイ橋とブリタニア橋

ウェールズのメナイ橋と1.6km下流にあるブリタニア橋を見学しました。

メナイ橋

ブリタニア橋

メナイ橋は190年前、ブリタニア橋は160年前の建設ですが、その設計は革新的な思想と徹底的な試行の成果で、とがっています。この規模も形状も前例が全くない状態から、材料の特性を最大限に生かした構造を生み出す力は、コンピューターを駆使して設計された構造以上に、技術者の新しい形状に挑戦する情熱が感じられます。

ブリタニア橋は、1970年の火災で元のチューブ桁から、現在のアーチに構造変更されています。
メナイ橋は1840年、1940年の2回のリハビリテーションにより、建設時の材料は新しい鋼に変えられています。

両方とも、開通時の材料が残っているのは、アンカレイジと主塔部分のみです。

幸いなことに、メナイ橋（トーマス・テルフォード）とブリタニア橋（スチーブンソンJr.）まったく同じ設計者（達）と構造形式で、少し支間の短い橋がConwyに並んで架けられています。
Conwyの橋には、開業当時の材料が残っており、原型に近く開通当時の状態が想像できるので、こちらも並べて整理します。

Conwyの3本の橋梁。右からスチーブンソンのチューブ橋、テルフォードの吊橋、1958年の道路橋。北側に自動車道の沈埋トンネルがもう一本ある。
鉄道はブリタニア橋と同じホリーヘッドへ向かう路線上にあり、メナイ橋に鉄道で行く場合にはこの橋を通ります。

メナイ橋 (Menai suspension bridge, Lc=176m,1826)
コンウィ吊橋(Conwy suspension bridge, Lc=99.5m, 1826)

メナイ橋はトーマス・テルフォード(Thomas Telford)が設計。錬鉄を橋の材料として吊材のアイバーに使った最初の橋です。

主桁はもともと剛性が低い構造で、木製のデッキだったそうです。

デッキは1840年にW. A. Provisにより補強され、さらに、1893年にSir Benjamin Bakerによってトラスで補強された鉄製デッキに変えられました。1880年当時の写真では現在のような剛性の高いトラスは見えず、ラチストラスのような高欄が見えます。

http://www.fotolibra.com/gallery/686856/menai-suspension-bridge-c1880/

メナイ橋は、まだ、耐風理論など確立していない時期の建設なので、当初の木製デッキは、建設中からたわみ振動が生じ、10年後の1836年1月の嵐で5mにも達する振動が引き起こされました。1839年1月のハリケーンで50m以上の橋桁がひらひらと舞い、1/3以上のハンガーケーブルが引きちぎられたそうです。この後、トラスの高欄を持った橋桁に変更されました。（タコマ橋の軌跡-吊橋と風との闘い, Richard Scott, 勝地弘ほか翻訳）。

剛性不足で落橋したタコマナロウズ橋の100年前の出来事です。

側径間は石積のアーチで支えられており、ケーブルで桁を吊る必要はないが中央径間と同様にハンガーケーブルが配置されている。主ケーブルを安定させるためか？

テルフォードが描いた最初の絵では、側径間のアーチ型橋脚の桁橋部分に斜張橋のケーブルのようにアンカーさせる絵が描かれている。

ストランドロープのハンガーケーブル。1940年の補修で交換されたと思われる。中央部の短いハンガーは鋼製ロッド。

錬鉄チェーンによるケーブルの架設は、組み立てたケーブルを台船に乗せ吊り上げた。側径間は桁が逆にケーブルを支えている。

現在は片側２本のシンプルな鋼製アイバーとなっている。1940までは、中央分離帯部分に2本のケーブルを配置した4面ｘ4本の錬鉄製チェーンだった。（下の図面参照）
もとのチェーンには長穴が開けられている場所があり、長さ調整が考えられていたようだが現在のリンクにはない。

初期のケーブル配置。現在と同じ位置にケーブルの水平移動を拘束するトラスがある。
マンチェスター大学のwebサイトから借用。
ぺらぺらの桁が見える。

バンガー側アンカレイジ。以前は、中央に見える3本の柱の間に、それぞれ2本のチェーンが定着されていた。今はふさがれている。
車両が横からケーブルの下をくぐって進入するため、ケーブル定着位置が高い。

西側定着部。ピンだけでなく、支圧板で定着されている。側径間の中間部に両ケーブル間を繋ぐバーが見える。標識用かと思ったが、水平に力が入れられているようで、ケーブルの水平移動を拘束する意図があるかもしれない。

メナイ橋の中央径間の補剛トラスは、主構造はリベット、水平拘束はボルト止め。

コンウィ吊橋(Conwy suspension bridge, Lc=99.5m, 1826)

メナイ吊橋と同年に、同じくテルフォードの設計で建設された吊橋です。こちらは建設当時のチェーンが残されています。
このConwyの吊橋もメナイ橋と同様にリハビリが行われ、メナイ橋の後に、木製デッキから鉄製の桁に交換されました。メインケーブルは1903年に鋼製のチェーンが１段上段に追加されていますが、下4段は建設当時の錬鉄製で、往時の姿をとどめており、メナイ橋の完成時の姿を想像することができます。

おとぎの国のような主塔デザイン。

最上段にストランドロープが追加されている。

アンカレイジはお城を一部解体して定着されている。

Conwyの吊橋は城壁に隣接する場所にあるため、デザインはエンジニアがデザインしたとは思えない遊園地の飾りのような主塔形状です。当時最高峰の技術の橋梁に、この”やってやった”的なデザイン。隣の1958年に架けられた現代の工夫のない橋を見ると、これが正解だったとしか思えません。

アンカレイジはお城の壁に定着されており、橋もビンテージ感があるので、橋はお城の一部、お城の建設時に吊橋を造ったと考える人もいるのではないでしょうか。実際はフェリーの代わりにコンウィ川をわたる自動車用の橋として建設されたものです。当初つけられていた歩道はチェーンより外側にあったものが撤去されたようです。
お城と町を取り囲む城壁は13世紀にはすでに現在の形が出来ており、吊橋が架かる19世紀頃には廃墟だったようです。

コンウィ城。1986年世界遺産登録。ケーブル定着部の上から。