橋とは川や渓谷、海や道路などの上に作られており、対岸まで輸送路を渡すための構造物です。
橋は人類と共に発展してきた長い歴史があり、現在では様々な種類があります。また、それらの構造によって特徴が異なるため、橋を設置する環境に合わせた建設が必要です。
この記事では橋の構造や種類について解説しました。
橋梁の構造
橋梁は大きく分けて上部構造と下部構造に分けられます。人や車両を支えている路面部分より上を上部構造、その上部構造を支えて荷重を地盤に伝達するのが下部構造です。
そして、この2つの構造は様々な部材によって構成されています。以下に各名称とその役割をまとめました。
各名称と役割
橋台・橋脚
下部構造の中心となる柱のことで、躯体と基礎で構成されています。橋梁の両端にあるのが橋台、橋桁の中間にあるのが橋脚です。
どちらも上部構造の自重や車などから受ける荷重を地盤に伝える役割を担っています。それに加えて、橋台は背面の土砂が流れないように土留めの役割もあります。
詳しくは次の記事をご覧ください。
基礎
橋台と橋脚の足元には基礎があります。地盤が固い場合は直接基礎で良いですが、地盤が軟弱な場合は以下2つの方法をとるのが一般的です。
- 杭基礎
- ケーソン基礎
杭基礎は地中の硬い地盤まで杭を打ち込んで支えます。ケーソン基礎は筒状・箱状の鉄筋コンクリートを地中深くまで掘り下げて支持する方法です。
橋梁の多くは杭基礎を採用しており、大型で荷重が大きい場合はケーソン基礎を採用することもあります。詳しくは次の記事にまとめています。
支承
支承は橋桁などの上部構造と、橋台などの下部構造の間にある部材です。荷重を橋脚などに伝達させ、橋桁の伸び縮みやたわみに対応するために設置されています。
固定式や変動式、鋼式やゴム式と種類も多く、橋梁の環境に合わせて選択しなければなりません。詳しくは次の記事をお読みください。
伸縮装置
橋の隙間に設置される装置です。橋桁が温度変化により伸び縮みするので、その収縮に対応するために設置されます。
また、橋桁の下に雨水が流れると、支承や橋台が痛んで橋梁の耐久性が下がります。それを防止するのも伸縮装置の重要な役割のひとつです。
橋桁
橋桁は路面と主桁により構成されます。路面は人や車が通過する場所で、主桁は上部構造や路面に伝わる荷重を下部構造に伝達させるのが主な役割です
橋桁の種類は多く、木材・コンクリートなどの材料に加え、鈑桁（ばんげた）や箱桁（はこげた）などの形状による違いもあります。
橋梁の種類
橋は構造別と材料別で種類が異なります。構造別はどんな仕組みにより橋を作るかで分類され、その違いは外観で判別できます。
また、木材や鋼材などの材料によっても分類できるため、以下に橋梁の種類と特徴をまとめました。
構造別
桁橋
もっとも単純な構造で、桁を橋台や橋脚が支える仕組みです。橋梁の多くがこの構造で、実に8割弱も占めています。
シンプルで作りやすい特徴がある一方で、大型の橋梁には向いていないデメリットがあります。これは荷重により桁がたわんで壊れる恐れがあるためで、小型の橋梁に適した構造と言えます。
トラス橋
三角形（トラス）を組み合わせてできる橋梁です。トラスに上から荷重を加えると、上側の部材には圧縮力が、下側には引張力がかかりバランスを保っています。
トラスを組み合わせることで伝達されるため、桁橋よりも長いスパンの橋梁に対応可能です。また、ワーレントラスやプラットトラストなど、トラスの組み方によって名称も異なります。
アーチ橋
アーチ状の部材（アーチリブ）を取り付けて桁を支える仕組みです。桁橋は荷重によって引張と圧縮、曲げモーメントの力がかかりますが、アーチ橋は支点に流れる圧縮力に限定されるため大型の橋梁にも対応できます。
アーチが路面の上にあるものを下路形式、下にあるものを上路形式と分類され、アーチリブの太さによってもランガー桁やローゼ桁と呼び方が異なります。
ラーメン橋
桁と橋台・橋脚を一体化（剛結）させることで、桁にかかる曲げモーメントが小さくなる仕組みです。ラーメン橋は橋下の空間が広くなるので、市街地を通る高速道路等で使用されています。
柱の組み方で方丈ラーメンや門型、V型と名称が異なります。また、ラーメン構造は支承が少ないのでコストが低いのも特徴のひとつです。
斜張橋（しゃちょうきょう）
塔からケーブルをひき、桁を吊り上げることで橋全体を支持しています。桁に荷重がかかるとケーブルがその力に抵抗し、ケーブルを伝って塔に力が伝達され、基礎を介して地盤に伝達する仕組みです。
景観も良いので大型の橋梁に多く採用されています。解析技術や材料の開発が進んだことで、1950年ごろから本格的に建設されました。
吊り橋
塔の間に主ケーブルをかけ、その主ケーブルからさらにケーブルを垂らして桁を吊り上げています。スパンが長くなると風の影響が大きくなりますが、耐風技術が発達したことにより吊橋の長大化が進みました。
原始的な作りではあるものの、スパンを1,000m以上にできるのは現在でも吊橋だけです。また、明石海峡大橋は世界でも最大級の吊橋で、2022年に抜かれるまでは塔と塔の間（主塔間）が1,991mと世界最長でした。
材料別
木橋（もくきょう）
木を材料として作られた橋で、古くから存在します。以前は無垢材が使われていましたが、現在は複数の板を合わせた集成材が使われることも。これにより強度も高くなり、以前よりも木橋の安定性は高まっています。
石橋
石やレンガを使った橋で、材料の発達で現在では新設されることがほとんどありません。全国には1,000を超える石橋がありますが、その9割が九州に存在しており、形状のほとんどがアーチを描いています。
鋼橋（こうきょう）
鋼を使用しており、軽く弾力性も高いため規模の大きい橋に用いられます。複雑な形状にも対応できる特徴がある一方、錆によって痛みやすく揺れも生じやすい欠点もあります。
コンクリート橋
コンクリートを使用しており、国内の橋の多くはこの材料により作られています。コンクリートは圧縮には強いものの引張には弱いです。そのため、鉄筋を加えて作る場合もあり、コンクリート橋（無筋・PC橋）に鉄筋コンクリート橋（RC橋）と2つに分類できます。
複合橋
鋼とコンクリートを組み合わせて作る橋で、双方の良い特徴を活かして設計されています。経済性や耐久性に優れており、高速道路などで使用されはじめています。しかし、設計や施工の課題も多く、割合的にもまだ少ないのが現状です。
