コンクリート梁橋
背景
全米で59万近くの道路橋が水路、乾燥地、他の道路、鉄道に架かっている。 最も劇的な橋は、アーチ、ケーブル、または三角形のトラスなどの複雑なシステムを使って、壮大な柱や塔の間に道路を運んでいる。 しかし、高速道路の橋梁システムの主力は、比較的単純で安価なコンクリート梁橋です。
桁橋としても知られる梁橋は、両端で支えられた水平なスラブで構成されています。 スラブ（とスラブ上の物体）の重量はすべて支柱に垂直に伝わるので、重量を水平に伝えるアーチ橋や吊り橋の支柱よりも重さを軽くすることができます。 それ以上の距離は、連続した橋として知られる単純梁橋を連結することによって架けることができる。 実際、世界最長の橋はルイジアナ州のポンチャートレイン湖コーズウェイで、2車線の橋が2つ並んだ全長約38.4kmの連続スパン橋である。 2つの橋のうち最初の橋は1956年に完成し、2,000以上の個別スパンで構成されています。 姉妹橋（現在は北行の交通を担う）は13年後に完成したが、最初の橋より228フィート長いにもかかわらず、1,500本のスパンで構成されているだけである。 まず、橋の荷重を地面に伝える下部構造（基礎）であるが、これは柱（橋脚ともいう）や橋台などの部品で構成されている。 橋台は、橋の端と地盤をつなぐもので、橋の端部を支える。 次に、橋の上部構造とは、柱と柱の間にある水平な土台のことである。
歴史
先史時代の人間は、自然を模倣して橋を架けはじめた。 小川に倒れた木の上を歩くと便利なことに気づき、小川を渡りたいところに木の幹や石板を置くようになった。 紀元前484年にヘロドトスが記述した最初の橋は、石柱に支えられた木材で構成されており、その約300年前にユーフラテス川を渡って建設されていた。 実際、紀元前620年にテヴェレ川に架けられた最古のローマ橋は、木の梁（sublicae）でできていたため、ポンス・サブリキウス（Pons Sublicius）と呼ばれた。 ローマ時代の橋の建設技術には、柱を立てる際にコファダムを利用するものがあった。 これは、円形に並べた木の柱を柱の位置の周囲の地面に打ち込むというものである。 木製のリングに粘土を敷き詰めて水密性を高めた後、ポンプで囲いの中の水を排出した。 1717年、フランスの技術者ユベール・ゴーティエが橋の建設に関する論文を書いたとき、橋の建設は芸術から科学へと移行し始めたのです。 1847年、アメリカ人のスクワイヤー・ウィップルが「A Work on Bridge Building」を書き、橋の応力とひずみを計算するための最初の分析的手法が含まれるようになった。 「橋梁工学のコンサルティングは、1880 年代に土木工学の専門分野として確立された。 ローマ人は石灰とポツァラーナ（火山岩の赤い粉）を使ったコンクリートを橋に使っていました。 この材料は水中でもすぐに固まり、丈夫で防水性に優れていました。 中世のヨーロッパでは、石灰モルタルが使われたが、これは水に溶ける性質がある。 石灰石と粘土を混ぜたポルトランドセメントは、1824年にイギリスのレンガ職人ジョセフ・アスプディンによって発明されましたが、基礎材として広く使われるようになったのは1900年代初頭のことです
コンクリートは圧縮（押す力）には強いですが、引っ張りにはあまり強くはありません。 19世紀には欧米で、コンクリートに耐張鉄を埋め込んで強化する試みが何度か行われました。 1880年代には、フランスでフランソワ・ヘネビックが鉄筋を使った優れたものを開発した。 1889年に完成し、現在も使われているこの橋は、設計者のアーネスト・L・ランサムが考案した鉄をねじった鉄筋で造られています。 コンクリート梁は、梁の中を通る鋼鉄棒を引っ張り、棒の先端を梁の端に固定することでプレストレスされます。 これにより、コンクリートには圧縮力がかかり、荷重がかかったときに梁にかかる引張力を相殺することができる。 (水平な梁を押し下げる重りは、梁を中央で下向きに曲げる傾向があり、梁の上部に圧縮力、梁の下部に引張力が発生します。)
プレストレスは、工場でプレキャストされて建設現場に運ばれ、クレーンで持ち上げられて設置されるコンクリートの梁にかけることも、最終設置場所で打設される場所打ちコンクリートにかけることも可能です。 コンクリートが打設される前に鋼線または鋼棒に張力を加える（プリテンション）か、コンクリートが硬化した後に張力を加える（ポストテンション）未張力の鋼を含む管の周りにコンクリートを打設することができる。 設計者は、地域の地形、水流、河川の結氷の可能性、風のパターン、地震の可能性、土壌の状態、予測交通量、美観、コストの制限など、多くの要因を考慮しなければなりません。 これには、完成した橋の各構成要素に作用する力の分析が必要である。 これらの力には3種類の荷重が寄与している。 死荷重は橋自体の重さである。 活荷重とは、橋が運ぶ交通量の重さのことです。 環境荷重は、風、地震の可能性、橋の支柱への交通事故の可能性など、その他の外力を指します。 死荷重の静的（静止）力と活荷重と環境荷重の動的（移動）力について解析を行う。
1960年代後半から、設計における冗長性の価値が広く受け入れられてきた。 これは、1つの部材の破損が構造全体の即時崩壊を引き起こさないように橋を設計することを意味する。
製造プロセス
橋はそれぞれ特定の場所と機能に合わせて独自に設計されるので、建設プロセスも橋によって異なる。 以下に説明するプロセスは、浅い川に架かる、中間コンクリート柱サポートが川の中にある、かなり典型的な鉄筋コンクリート橋を建設する際の主要なステップを表しています。 いくつかは、サプライヤーのパンフレットや業界標準の仕様書から引用したものである。 その他は、1993年にニューメキシコ州アルバカーキのリオグランデ川に架けられた高速道路橋の詳細です。 長さ1,245フィート、幅10車線のこの橋は、88本の柱で支えられています。 構造物には11,456立方ヤードのコンクリートが、舗装にはさらに8,000立方ヤードのコンクリートが使用されています。 9145>
Substructure
- 1 河床の各柱の位置の周りにコファダムを建設し、囲いの内側から水を汲み上げる。 基礎の設置方法の一つとして、川底に竪穴を掘り、岩盤まで掘り下げる方法がある。 オーガで土を掘り起こすと同時に、土の代わりに粘土スラリーを注入し、立坑が崩れないようにする。 適切な深さ（例えば約80フィート、24.4m）に達すると、鉄筋の円筒形のかごが、スラリーで満たされたシャフト（例えば直径72インチ、2m）に下ろされる。 コンクリートは立坑の底までポンプで送られる。 シャフトがコンクリートで満たされると、スラリーはシャフトの上部から押し出され、そこで回収・洗浄され、再利用できるようになる。
- 2 橋脚は、橋の端がかかる川岸に準備されます。 土手の上端と川底の間にコンクリート製の背面壁を形成して打ち込みますが、これは橋の端から先の土のための擁壁となります。 バックウォールの上部には、橋脚を乗せるためのレッジ（座）が形成される。 この例では、橋は各支持点にある一対の柱の上に乗っている。 橋の方向に対して垂直に、一方の柱の上端からもう一方の柱の上端までキャップ（鉄筋コンクリート製の梁）を設置することで下部構造が完成する。
Superstructure
- 4 クレーンを使用して、橋の長さ全体にわたって連続した柱の間に鋼鉄またはプレストレスト・コンクリート製の桁を設置する。 桁は柱のキャップにボルトで固定される。 1449>
- 5 桁の上に鋼製パネルまたはプレキャストコンクリート板を敷いて強固なプラットフォームを形成し、橋の上部構造を完成させる。 あるメーカーは、たとえば厚い（7または9ゲージ）鋼の深さ4.5インチ（11.43cm）の波型パネルを提供している。 もうひとつの選択肢は、後で流し込むコンクリートデッキのためのステイ・イン・プレース・スチールフォームです。
Deck
- 6 上部構造のプラットフォームの上に水分バリアを配置する。
- 7 防湿壁の上に鉄筋のグリッドを構築し、このグリッドはその後コンクリートスラブに包まれることになる。 グリッドは立体的で、スラブの底部付近には鉄筋の層があり、上部付近には別の層がある。 コンクリート舗装の厚さは、高速道路では8～12インチ（20.32～30.5cm）が適当である。 上部構造台座としてステイ・イン・プレース型枠を使用した場合は、その中にコンクリートを流し込む。 型枠を使用しない場合は、1回の連続作業でコンクリートを広げ、固め、平滑にするスリップフォーム舗装機でコンクリートを塗布することができる。 どちらの場合も、ブラシや麻布のような粗い素材で手作業または機械的に表面を傷つけ、生コンクリートスラブに滑り止めのテクスチャを付けます。 横方向の目地は、舗装のひび割れを防ぐために約5 mごとに設けられます。これは、コンクリートを流し込む前に型枠に追加するか、スリップフォームスラブが硬化した後に切断します。
品質管理
橋の設計と建設は、米国道路交通官協会、米国材料試験協会、米国コンクリート協会を含むいくつかの機関によって開発された規格を満たす必要があります。 コンクリートバッチなどの材料や、梁や接合部などの構造物は、建設が進むにつれてさまざまな試験が行われる。 9145>
将来
多数の政府機関や業界団体が、材料や建設技術を改善するための研究を後援し、実施しています。 主な目標は、改質された高性能コンクリート、一部のコンポーネントのコンクリートに代わる繊維強化ポリマー複合材料、鉄筋の腐食を防ぐエポキシ塗料や電気化学的保護システム、代替合成強化繊維、より迅速で正確な試験技術など、より軽く、より強く、より耐久性のある材料を開発することです。 ニューヨーク Macmillan, 1993.
Hardesty, E. R., H. W. Fischer, R. W. Christie, and B. Haber.（ハーデスティ，イー・アール・アンド・シー，エイチ・ワイ・クリスティ，ビー・エイチ・シー）。 “橋”. マグロウヒル科学百科事典&テクノロジーにて。 ニューヨーク: 橋梁の計画と設計. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1994.
Other
“General Information About Concrete Pavement”． アメリカコンクリート舗装協会. http://www.pavement.com/general/conc-info.html (1998年2月24日).
“梁橋”. ノヴァ・オンライン “スーパーブリッジ”. 1997年11月. http://www.pbs.org/wghb/nova/bridge/meetbeam.html (1998.2.24).
-Loretta Hall