何が良いでしょうか？ペクセル 1937年5月27日にゴールデンゲートブリッジが開通して以来、アメリカの風景の象徴的なシンボルとなっています。
1870年までに、人々はサンフランシスコ市とマリン郡を結ぶゴールデンゲート海峡に架かる橋を建設する必要性に気づきました。しかし、構造エンジニアのジョセフ・ストラウスが橋の提案を提出するまでには、さらに半世紀がかかりました。計画は発展し、最終的なプロジェクトは、最終的には吊橋として承認されました。 構築するために4年以上 。
ゴールデンゲートブリッジが上がったとき、それは世界で最も長い吊橋でした–ケーブルは、中間のサポートなしで、2つの塔の間の道路を支えています。そして、この設定には多くの固有の課題がありました。それは約 3,700万米ドル 当時の;今日同じ構造を構築するには、約10億ドルの費用がかかります。では、過去80年間、設計はどのように維持されてきましたか。今日、ゼロから始めた場合、私たちは別のことをするでしょうか。 
吊橋の概略図。赤い支持ケーブルは、黒い吊り下げケーブルから青いタワーとアンカーに力を伝達します。会話
世界最長の吊橋
ゴールデンゲートブリッジは吊り橋です。つまり、張力がかかっているケーブルとサスペンダー、および圧縮されているタワーが、中間のサポートなしで長距離を横断します。車道デッキは、タワーと端のアンカーの間を走る2本のメインケーブルに接続する垂直サスペンダーからぶら下がっています。サスペンダーは、車両の力と自重を、タワーと固い地面に固定されている支持ケーブルに伝達します。 
シンプルな織りの吊橋。ルタサアドベンチャー
ザ・ このタイプの最初の橋 おそらく、谷や川を渡るために2つの崖を柔軟なロープで接続しました。数百年前、これらのロープは植物繊維でできていました。鉄の鎖は後で来ました。 1883年に開通したニューヨーク市のブルックリン橋は、最初にスチールケーブルを使用し、その後標準になりました。
塔はおそらく谷の両側にある単純な岩として始まりました。最終的に、エンジニアは巨大な石または鋼の橋脚を使用しました。たとえば、ゴールデンゲートブリッジは、両端の1つの橋台と、海底に埋め込まれた基礎の上に配置された2つの塔によって支えられています。
ゴールデンゲートブリッジの2本の支持ケーブルは、1937年に橋が開通して以来、変更されていない唯一のものです。各メインケーブルは、およそ鉛筆の太さの27,572本の鋼線で形成されています。建設作業員はほとんどぶら下がっていました 80,000マイルのワイヤーケーブル 橋の片側から反対側へ。
この作業を行うための欠陥のない、長くて太いケーブルを1つの部品で製造することはほぼ不可能です。そして決定的に、1本の大きなケーブルがブリッジを支えていて何かが起こった場合、壊滅的な障害が発生します。細いワイヤーに依存するということは、障害が発生するのが遅くなり、災害を迂回する時間が残ることを意味します。
人々が最初にサンフランシスコ湾の橋について考え始めて以来、その場所の強風、乱流、および起こり得る地震力に耐える構造の能力について大きな懸念がありました。サンフランシスコは2つの交差点に位置しています アクティブな構造プレート –明らかに、地震が橋を降ろすのを見たくなかったのは明らかです。 1日あたり112,000台 。
この問題を回避するために、建設業者は橋の両端にショックアブソーバーを配置して、風や地震力から来るエネルギーを吸収しました。これらの特別に設計された振動ダンパーは、ゴムで覆われた鉛コアで作られた直径メートルのシリンダーです。戦略的な場所に配置され、橋が崩壊する原因となる可能性のあるエネルギーを吸収します。
良い状態に保つ
従来の知識では、インフラストラクチャプロジェクトは開始直後に行われることを示唆しています。しかし、ゴールデンゲートブリッジを最高の形に保つには、継続的な厳格なメンテナンスが必要です。 80年間、 専任のメンテナンスクルー 必要に応じて、腐食または破損したコンポーネントを塗り直し、交換して、ブリッジを修理しました。
この作業は、厳格な基準に従って行う必要があります。たとえば、橋のさまざまな部分すべてを接続する何千ものボルトのいずれかを交換する必要がある場合、強風や地震の力に対して橋を安全に保つために、同時に2つ以下を取り出します。
構造的なメンテナンスの問題もあります。時間の経過と継続的な温度変動により、ケーブルとサスペンダーは伸びたり縮んだりし、定期的なチェックとリテンションが必要になります。このタイプの調整はチューニングと呼ばれ、ミュージシャンが弦楽器を最高の状態に保つ方法に似ています。
今日それを作ったら何が変わるでしょうか？
巨大なため 維持費 、一部の人々は、進行中の保守および運用費用を制限する方法でゴールデンゲートブリッジを再構築することを提案しました。政治的な実現可能性は別として、エンジニアが今日橋をゼロから建設する場合、どのように橋を設計するでしょうか。
時が経つにつれて、研究者たちはより軽い材料を開発してきました。鋼やコンクリートではなく繊維強化ポリマー（FRP）を使用することは、この規模の構造物の重量を減らす方法です。この自重は通常、抵抗の70〜80％を使用する原因となります。これは、故障する前に耐えることができる最大の負荷です。それを減らすことにより、橋の構造はより少ない強度を必要とし、より安くてより簡単なオプションを可能にします。
たとえば、設計者はウェストバージニア州のマーケットストリートブリッジなどの橋で繊維強化複合材（FRP）材料の使用を開始しました。 FRPはプラスチック樹脂を使用してガラス繊維または炭素繊維を結合し、材料に強度を与えます。 FRPはコンクリートの4倍軽量であるため、5〜6倍強力です。
おそらく、代替のゴールデンゲートブリッジを変更するための設計者の最初のターゲットは、ケーブルの構成でしょう。現在使用されている鋼は腐食性があり、新しい材料の4倍の重量があり、この場所で遭遇するのと同じように、過酷な湿気や温度の環境で破損する可能性があります。カーボンケーブルはより不活性で、すでに世界中で使用されています。 
斜張橋では、ケーブルはデッキからタワーに直接接続されます。会話
これらの鋼より軽い材料は、交通道路など、橋の他の要素にも利用できます。プラスチック製の複合デッキを使用すると、ゴールデンゲートブリッジのデッキの自重を5分の1に減らすことができます。これにより、エンジニアは吊橋ではなく斜張橋を設計および建設できるようになります。サスペンダーを廃止できるという利点があります。斜張橋では、力はケーブルによってデッキからタワーに直接伝達されます。 CFRPケーブルを備えた最初の高速道路斜張橋は、1996年に開通したスイスのコウノトリ橋です。
斜張橋は吊橋よりも支間が長くなる可能性があるため、支柱と海岸の間の構造が単純になる可能性があります。また、ウォーターベッドがより浅い海岸近くにタワーを建設することは、ゴールデンゲートブリッジが最初に建設されたときの主な問題の1つを軽減するのに役立ちます：深海でタワーの基礎を扱うことは非常に困難で費用がかかります強い流れで。
減衰システムは、新しい設計で対処することもできます。ゴールデンゲートの建設に使用された鉛コアベースのダンパーは、風、交通、地震力によりよく耐えることができる新しい技術に置き換えることができます。この改善により、タコマナローズ橋のような故障（風が橋を横に吹いたときに、橋がねじれて倒れた）を防ぐことができます。
とはいえ、ゴールデンゲートブリッジはまだ順調です。他の実現可能で安価なオプションがあっても、アールデコのアイコンとその世界的に有名なインターナショナルオレンジペイントの仕事を置き換えるために現実的に取り組んでいる人は誰もいません。ゴールデンゲートブリッジは、交通、風、地震の負荷によってストレス制限を超えないように注意深く監視されています。このエンジニアリングの傑作が少なくともあと80年続くことを楽しみにしています。
ほたガンガラオ で土木環境工学の教授です ウェストバージニア大学 そして マリア・マルティネス・デ・ラヒダルガ・デ・ロレンツォ の大学院研究助手です ウェストバージニア大学 。この記事はもともとに公開されました 会話 。読む 原著 。
