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| ジェノヴァの橋 外観 [1] |
先日（2018年8月14日）イタリアで起きた，ショッキングな橋の事故について．今回の事故は，維持管理の問題の側面が大きいかと思います．しかし，そちらの面からは，専門家の間で大いに議論されているように思いますので，ここでは設計の面から考えてみます．
崩落の直接の原因は何か？
これは，多くの報道でなされているように，コンクリートの劣化が基因と言うことで間違いないでしょう．ただし，どこの部材が壊れたのかはまだはっきりとしていないようです．私は，ステイケーブル（タワーから伸びて床版を吊っている引張材）の破断だと思っていたのですが，桁ではないかと考えている人もいるようです．（下図）
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| https://www.graphicnews.com/en/pages/38239/DISASTER-Morandi-Bridge-collapse |
疲労でステイケーブルのコンクリートにひび割れが発生，そこから徐々に中のPC鋼材が腐食してついに破断．バランスを失って，主塔と橋脚が引きづられて崩壊，というのが私が最初に思った崩壊のメカニズムでした．
ただ，補修され続けられていたとはいえ，50年もの間，無事に供用されていたものが，なぜこのタイミングで崩落したのか？
PC鋼材は設計図（下図）を見れば40本くらいは入ってそうだが，これが前兆無しで一気に破断するものだろうか？
コンクリートの中にあるので目視できないにしろ，ひずみゲージや日々の検査で，多少なりとも予期できなかったものだろうか？
コンクリートの中にあるので目視できないにしろ，ひずみゲージや日々の検査で，多少なりとも予期できなかったものだろうか？
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ジェノヴァの橋 ステイケーブルとPC鋼材
[1]
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個人的には，事故直前にあったという落雷が気になっています．当日は強い雨が降っていました．無論，落雷が主原因とは通常考えられないのですが，損傷がかなり進んでいた部材の破断の"きっかけ"くらいにはなり得るかも知れません．2005年にギリシャで長スパンの斜張橋のケーブルが落雷で破断したことが報告されています．
追記＞ 私の同僚の推測は，強い雨風でステイが振動．ジョイント部に過度のせん断力が発生して破断したというものでした．
追記＞ 私の同僚の推測は，強い雨風でステイが振動．ジョイント部に過度のせん断力が発生して破断したというものでした．
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| ジェノヴァの橋 主塔の側面図と断面図 [1] |
竣工から早20年でメンテナンスを必要としてしまった本橋．見た目からして痛々しい感じで補修されていて，事故を危惧してい人も多かったようです．
一つの謎 ー なぜ全部が崩壊したのか
いぜれにせよ，崩落の起因はしっかりと調査されて，そのうち報告されるでしょう．ただ，今回の事故では，原因そのものは割と明らかで，それよりも，主塔と橋脚を含んだ1ユニットが丸ごと，それも脆性的に破壊したことのほうが重要かと思います．
言わずもがな，突然崩壊してしまうというのは，設計上，最も避けなければいけません．
どの部材が破断したにしろ，連成的に主塔と橋脚も崩壊したのが個人的には驚きでした．
たとえステイケーブルが切れたとしても，自重を支えることはできなかったのか？
支間中央の桁の重さや活荷重があるといっても，コンクリート橋は自重が大きいので，相対的にそれらの割合は小さくなる．
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| ジェノヴァの橋 施工中の様子 [1] |
このA型主塔と橋脚を組み合わせたスタイルの斜張橋は，普通の斜張橋より冗長性が高そうなのに，なぜこんな壊れ方をしたのか？
モランディ・スタイルの構造システム
高名な橋梁エンジニアであったリッカルド・モランディ（Riccardo Morandi，1902-1989）．
彼の代名詞でもあった特徴的なこの橋の構造は，以下の２つのシステムが重なってできています．
1つ目が，主塔とそこから張られた一対のステイケーブル（図のシステムA）．2つ目が，主塔とは完全に独立した橋脚と，梁が一体化したラーメン構造．両側の片持ち梁がステイで支持されている（図のシステムB）．
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ジェノヴァの橋の構造システム （[3]を参考に著者作成）
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これを1ユニットとして，3ユニットが並んでいました．そして，ユニット間に桁が配置されています．（図の赤い線）構造的な特徴としては，主塔をA型（三角形）とすることにより，非対称の荷重に対応させています．橋脚を上に向かうに従い，外に広げているのは，支間長を取るためでしょう．
向かい合った片持ち梁の先端の間に置かれた桁により，外的に静定構造となっています．これにより地震や，不同沈下に対応させています．[4]
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ジェノヴァの橋の構造システム（[3]を参考に著者作成）
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モランディが挑戦していたこと
報道によると，氏が設計した同じ形式の橋についても心配の声が上がっているようです．この複雑な構造を構想した氏に，今回の大事故の責任があるのでしょうか？
1960年代頃はコンクリートに対しての絶大な信頼がありました．人類がコンクリート構造を建設に使い始めて半世紀が経った頃です．
そんな時代に，若くして独立したモランディは，コンクリート構造の合理性を探求し続けた稀有のエンジニアでした．その経験と知識に裏付けされた，技術力と造形力には絶対の自信があったのだと思います．
彼の時代の技術では，この橋の設計に何の問題もなかった．車の繰り返し荷重による疲労や化学的なコンクリートの劣化については，まだ明らかになっていない時代です．
忘れてはいけないのは，モランディがコンクリートによる斜張橋のパイオニアの一人であったという点．このモランディ・スタイルの最初の橋は，ベネズエラ架かるマラカイボ湖の橋（1962）ですが，これが世界で最初の現代的なPCの斜張橋です．さらには最初の多径間斜張橋です．
忘れてはいけないのは，モランディがコンクリートによる斜張橋のパイオニアの一人であったという点．このモランディ・スタイルの最初の橋は，ベネズエラ架かるマラカイボ湖の橋（1962）ですが，これが世界で最初の現代的なPCの斜張橋です．さらには最初の多径間斜張橋です．
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マラカイボ湖の橋，ベネズエラ（1962）
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その後，氏は今回事故があったジェノヴァの橋（1967），リビアの橋（1971）と少しずつ改良を重ねています．
最初のマラカイボ湖では，橋脚を剛性の高いX型にしています．（下図）ここから，両側に張り出して床版を施工していくのですが，橋脚が外に開かないようにするために，上部にプレストレスを一時的に導入．張り出しに対しては，橋面上に外ケーブルを敷きプレストレスを導入しています．
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| マラカイボ湖 X型橋脚の側面図 [2] |
レオンハルトの「ブリュッケン」に，マラカイボ湖の橋では，施工費が著しくコストアップしたという記述があります．水上での作業というのもあるでしょうが，当然これだけ複雑なことをすればコストはかかるでしょう．
ちなみに，マラカイボ湖の橋では当初，スパン400mを提案（実現したのは240m）していたそう．人類未踏にも関わらず，それを提案していたあたり，やはり相当自信があったのだろうと思います．
次のジェノヴァの橋（1967）では，痛い目にあったコストの問題に対して，橋脚をより簡素化して，X型から逆ハの字型に改良したと推測できます．全体的に見ても，ジェノヴァの橋は，マラカイボ湖の橋よりだいぶすっきりしています．
崩壊のメカニズム
上述した橋面上の外ケーブルは，ジェノヴァの橋でも使っています．つまり，上で書いた私の推測は間違っていて，施工中でもプレストレスの力を使わなければ自立はできていなかったわけです．ステイケーブルにプレストレスが入って，はじめて構造全体が安定する．
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| ジェノヴァの橋 施工中の様子 外ケーブルが橋面上に見える [1] |
つまり完成した後の状態で，ステイケーブルが切れたら，桁は自重でさえも危うい，しかも支間中央の桁の分もあるから尚更．冗長性が低かった理由の一つでしょう．
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| ジェノヴァの橋 施工中の様子 橋面上の外ケーブル [1] |
この橋は，上述した通り全体としてみれば静定構造で，主塔と橋脚からなる1ユニットの大きな構造体の間に桁が載っています．
1ユニットが崩壊したのに，それに引きずられる形で橋全体が崩壊しなかったのは，この特殊な構造システムが理由でしょう．
1ユニットが崩壊したのに，それに引きずられる形で橋全体が崩壊しなかったのは，この特殊な構造システムが理由でしょう．
橋の崩壊は，設計者モランディの責任か？
手元にあったいくつかの本を見ても，この構造形式の設計に対して好意的に書いているものは少ない．歴史的な背景を踏まえると批判するのは非常にためらわれますが，個人的にも，やはりこの構造形式にはメンテナンスのデメリットがあり過ぎたと思います．
この橋は竣工後，二十年でメンテナンスが必要になり始めたそうです．どこかの記事でエンジニアがインタビューに答えていましたが，橋にとって二十年はないに等しい．
この橋は竣工後，二十年でメンテナンスが必要になり始めたそうです．どこかの記事でエンジニアがインタビューに答えていましたが，橋にとって二十年はないに等しい．
ただし，モランディは1979年に，「この橋の鉄筋の腐食について，数年以内に対応が必要になるだろう」というコメントを残しています．「設計については何も問題はなかった，ただ，海風と近隣の工場からの排煙で，他では見られないほどに材料の劣化が進んでいる」と危惧していたようです．
設計について考えてみると，やはりステイケーブルがわずか一対であった点が悔やまれます．マルチケーブルであば，もしかしたら今回のような崩壊まではいかなかったかも知れません．一対のステイケーブルでは，支持点間隔が長くなり必然的に大断面の箱桁も必要となります．
しかし忘れてはいけないのは，時代背景．
近代的な斜張橋が生まれたのは1956年です．（スウェーデンのStrömsund橋）斜張橋が発展していく過程で，ステイケーブルの数は徐々に増えていきます．より連続的に桁を支持し，より桁をスレンダーで軽量にしていきました．
近代的な斜張橋が生まれたのは1956年です．（スウェーデンのStrömsund橋）斜張橋が発展していく過程で，ステイケーブルの数は徐々に増えていきます．より連続的に桁を支持し，より桁をスレンダーで軽量にしていきました．
モランディの橋への批判としてよく，このスタイルの橋は世界にわずか３，４橋しかない！といったものがあります．しかし，必ずしも，真似されない橋が良くない橋というわけではありません．
ところで，モランディには，技術者としての一面だけでなく，美を求めたアーチスト的な面があったのは明らかです．果たして，ジェノヴァの橋は造形的な狙いが強かったものなのか．
ジェノヴァの橋について，モランディは以下のコメントを残しています．
「この重要な橋の建設は，プレストレストコンクリート技術の進歩がなければ実現不可能であった．このプロジェクトは，橋の規模と架設場所によって困難を極めた．何より周辺の重要なインフラの建設と同時に完成させなければならなかったのである．普通であればできない場所に橋を架ける，そして橋を支える面積を最小化することことによって，これらの諸問題を適切に解決できたのである．この構造は，荷重に対して最大限の効率化を図った設計で，これにより相当量の材料が節約されたのである．」[1]（抄訳）
「この重要な橋の建設は，プレストレストコンクリート技術の進歩がなければ実現不可能であった．このプロジェクトは，橋の規模と架設場所によって困難を極めた．何より周辺の重要なインフラの建設と同時に完成させなければならなかったのである．普通であればできない場所に橋を架ける，そして橋を支える面積を最小化することことによって，これらの諸問題を適切に解決できたのである．この構造は，荷重に対して最大限の効率化を図った設計で，これにより相当量の材料が節約されたのである．」[1]（抄訳）
この短文から読み取れることは，造形うんぬんではない，当時の最先端の技術を使って，最も質の高い橋を作りたいというエンジニアの真っ当なスピリットです．
今回の事故は，構造的に全崩壊の可能性があったというのが，重要だったのであろうと思います．エンジニアは壊れ方については相当議論しますが，そういう点までメディアには伝えられないというのが，問題なのかも知れません．専門家同士のやり取りとは別の話として，もっと話をわかりやすくして，メディアに乗せる努力が必要なのでしょう．
設計においては，未知への挑戦を恐れるべきではない．しかし構造工学の理論と技術がこれだけ進歩した現代においても、ひょっとしたらまだ未知の領域があるのかも知れない．そういった謙虚な心構えが重要であるということを改めて痛感させられる事件でした．
続編＞ ジェノヴァの橋の崩壊は設計者モランディの責任か-続報-現地に行ってみた
設計においては，未知への挑戦を恐れるべきではない．しかし構造工学の理論と技術がこれだけ進歩した現代においても、ひょっとしたらまだ未知の領域があるのかも知れない．そういった謙虚な心構えが重要であるということを改めて痛感させられる事件でした．
続編＞ ジェノヴァの橋の崩壊は設計者モランディの責任か-続報-現地に行ってみた
参考
[1]
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MORANDI, vinduetasobre
el Poleevewa en Qenova Itatia (PDF)
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[2]
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Podolny, CONCRETE
CABLE-STAYED BRIDGES (PDF)
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[3]
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Podolny and Scalzi: Construction
and design of cable-stayed bridges, Wiley, 1976, pp.54-59
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[4]
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Podolny, CABLE-STAYED
BRIDGES OF PRESTRESSED CONCRETE, PCI Journal/January-February 1973, p.70
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[5]
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吊形式橋梁:計画と設計 / Niels J. Gimsing著; 伊藤學監訳; 藤野陽三ほか訳, 建設図書, 1990 p.25
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[6]
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GIMSING, History of
cable-stayed bridges, Proceedings IABSE Conference 1999
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[7]
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[8]
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2018年9月7日 一部訂正
