再び崩落事故が起きた。単柱橋脚は廃止すべきか？

要点

★ 単柱橋脚は、その構造上の制約により、確かに転倒事故が発生しやすいです。

★一本の柱は罪ではなく、多くの利点もあります。安全を確保するための最も基本的な方法は、過負荷をかけないことです。

2021年には橋梁横転事故が注目を集めた。12月18日午後、湖北省鄂州市の滬重高速道路から大観高速道路に曲がるランプ橋が横転し、4人が死亡、8人が負傷した。当時撮影された現場写真によると、橋の床版や橋脚は無傷で、断面も見られなかった。橋脚が片側に傾いており、単柱であることも相まって、典型的な転覆事故であったと判断できる。

事故現場。伊東橋梁会社の担当者によると、橋とともに倒れた車両４台の中には大型トラック３台もあったという。うち１台は変電設備を牽引する１９８トントラックで、後ろの２台はそれを押していた。 ３台の車両はコネクティングロッドによって接続されていました。橋が転覆した後、過積載のトラックは2つに割れた。 |中国新聞社

転覆事故は橋脚にかかる不均一な力（片側への極端な力）によって発生しました。以前起きた無錫国道312号高架橋やハルビン陽明潭橋の崩落事故も同じ原因で起きた。ここ10年ほど、単柱橋脚の橋梁では橋の崩落事故が頻繁に発生しており、ネットユーザーの間では「なぜこのような橋がまだ存在しているのか？」という議論が巻き起こっている。これは本当に設計上の問題ではないのでしょうか?

実際、橋梁設計の専門家もこの問題を考慮しています。簡単に言えば、橋を建設する際には考慮すべき要素が多数あり、多くの場合、単柱橋脚橋の方が確かに合理的な選択です。街を歩いていると、高架橋の柱が一本だけになっているのをよく見かけます。橋梁設計に関する基本的な知識を理解することで、単柱橋脚橋に関する誤解を避けることができます。

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単柱橋脚が崩落しやすい理由

単柱橋脚橋とは、その名の通り、中央に1本の柱だけを使った橋です。橋が支える橋床版のサイズは、橋脚の面積よりもはるかに大きい場合が多く、そのため、橋床版の両側、特に端に非常に大きなモーメントが容易に発生します。転倒事故がなぜ起こるのかは非常に簡単に理解できます。

この事故では、大型トラック３台とそれらが運搬していた超大型変電設備の総重量がなんと482トンに達し、橋梁を通行できる車両の重量制限（197トン）の2.45倍にも達した。また、当時の橋脚整備のため、車両は大型輸送の基準に従わず、スロープの中央を走行し、橋の外側に寄った。そして悲劇が起こった。

ボーイング747型機の重量は約170トンで、過積載のトラックは198トンに達しているが、我が国の高速道路の重量制限は49トンである。このレベルの過負荷はまれです。 |トゥチョンクリエイティブ

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なぜ今でも単柱の橋脚橋を建設するのでしょうか?

では、なぜこのような「危険な」デザインが今でも広く使用されているのでしょうか?橋の建設と設計において、主に考慮される最も重要な 2 つの要素は、目的とコストです。実際のところ、この 2 つを完全に分離することはできません。実際の運用においては、目的を達成しつつ、可能な限りコストを削減することが優先されます。

使用面では、単柱橋脚橋の最も一般的な適用シナリオは、都市の高架道路と高速道路の横断部分です。前者は貴重な都市道路の占有を最小限に抑える必要があり、後者は農地の収用を最小限に抑える必要があります。

都市高架道路の下では、単柱橋脚橋は橋脚領域の範囲内でのみ路面を侵食し、中央隔離ゾーンを形成するだけです。通常の都市道路は両側に敷設することができ、最大で片側半分の車線を犠牲にするだけで済みます。左右対称の二重橋脚を使用すると、橋脚の中央のスペースが使いにくくなるだけでなく、両側の車線も失われます。上部の道路面が非常に広い（下の高速道路を横断できる）場合を除き、通常は二重橋脚は選択されません。

単柱橋脚は都市部の高架道路でよく使用され、占有面積が小さくなります。 |トゥチョンクリエイティブ

高速道路の交差地点では、数本の橋脚で高速道路ルート間の連携や接続がサポートされており、その下にある農地は1エーカーあたり数十平方メートルしかありません。

この利点と、数百トンの特大貨物の輸送は数年に一度しか発生せず、発生した場合でも迂回したり、特別な道路サービスを提供したり（道路を閉鎖したり、ランプの中央を通行するなど）できることを考えると、単柱橋脚橋が広く使用されているのも不思議ではありません。

また、比較的シンプルな単柱橋脚であるため、工期が短く、施工難易度が低く、その後のメンテナンスが容易という特徴があり、費用対効果は非常に高いと言えます。

さらに、研究により、単柱橋脚は二柱橋脚よりも衝突耐性が高いことがわかっています。直径 4.0 メートルの円柱 1 本は、直径 2.83 メートルの円筒 2 本と体積は同じですが、剛性は直径 2.83 メートルの円筒の 4 倍です。これは、多くのランプ、川や海に架かる橋の進入、都市のインターチェンジで特に重要です。

さらに、より複雑なインターチェンジの場合、スペースの制約により、単一の列を使用しないことは基本的に不可能です。

この橋が 1 本の柱を使用し、3 本の柱の材料を 1 本の柱に組み合わせると、剛性が 9 倍になり、この車が橋を損傷することはないと思われます。 | Yin Delan、橋梁設計における冗長性（2013）

この観点から見ると、単柱橋脚橋は時代遅れの設計ではなく、むしろ多くの道路建設シナリオにおいて最善の選択肢、あるいは唯一の選択肢です。

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単柱橋脚の隠れた危険を防ぐ

単柱橋脚橋には多くの利点がありますが、その構造上の制約により、このタイプの橋は、強い地震や過度の過負荷などの極端な状況では、壊滅的な不安定性や転倒を起こしやすくなります。

例えば、地形が複雑で人口密度が非常に高い日本では、道路建設には単柱橋脚が広く使用されています。日本は地震の多い国です。 1995年の阪神淡路大震災は、近隣の高速道路網の麻痺と12の橋梁の崩壊や転覆を直接引き起こした。そのうち、単柱橋脚の橋梁4基は例外なく大規模に崩落した。

1995年、マグニチュード7.2の地震が日本の阪神地方を襲い、6,400人以上が死亡し、神戸線の600メートルを超える単柱橋脚が崩壊した。 |インターネット画像

しかし、結局のところ、高震度の地震は発生確率が低い事象です。その強度では、さまざまな橋梁構造の耐震性は非常に限られます。しかし、過積載による転覆は完全に回避可能な災害です。

一般的に、橋梁に規定されている車両荷重の上限と、実際に橋梁が支えられる重量との間には大きな差があり、これを安全冗長性と呼びます。過負荷が狭い範囲に限られ、橋梁の実際の耐荷重範囲内であれば、橋梁の構造に大きな損傷はなく、寿命にも影響がないと考えられます。

しかし、橋梁に長期間にわたり著しい過負荷または中程度の過負荷がかかると、橋梁に実際の損傷が発生する可能性があります。これが厳格な過負荷制限の重要性です。現在でも、赤線を無視する運転手や運送会社が多く存在し、最終的には橋の寿命が縮まったり、重大な事故につながったりしています。

単柱橋脚の特性を考慮して、2018年に公布された橋梁設計規格の新バージョンでは、単柱橋脚の転倒防止に関する関連規定と要件がすでに制定されています。また、関係する橋梁管理部門では、既存の単柱橋脚に対しても大規模な転倒防止補強工事を実施しました。

しかし、現在使用されているさまざまな補強方法では、橋梁の耐荷重能力を桁違いに高めることはできず、補修後に通行車両の荷重制限が増加することはほとんどありません。一般的に、行政手段を用いて交通行動を規制し、過積載車両の通行を禁止することが、悲劇を避けるための基本的な方法です。

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大規模輸送に対する道路管理保証

伊東橋の崩落については、これ以上のニュースはない。しかし、入手可能な情報によると、事故は過積載が原因であったが、道路管理当局からはいくつかの疑問も出ている。車両は陝西省の高速道路を走行しており、198トンの過積載許可を持っていたが、その後も高速道路を離れず、事故が起こる前に数省を越えて湖北省に到着した。湖北省では、99トンの過積載許可しか取得できなかった。しかし、トラックの所有者は、ライセンスの手配を担当した人物が事故で亡くなっており、詳細は不明であると述べた。

この事故についての具体的な疑問はさておき、多くのネットユーザーは、このような大規模な輸送が通常どのように行われるのかについて非常に興味を持っています。

知湖ネットユーザー「葉創庭宇」によると、一般的には、まず大きな荷物を運ばないようにし、分解できるものは部品に分解して別々に運ぶ。 2番目に、通常の運転に影響を与えないように高速道路を利用しないようにしてください。 3 番目に、橋や暗渠には近づかないようにしてください。橋や暗渠は一度損傷すると、道路の表面よりも修復がはるかに困難になるためです。

大型品の輸送は車両に非常に高い負荷をかけ、途中でタイヤがパンクすることもよくあるため、車両は非常に低速で走行する必要があります。低速＋大型＋頻繁な停止は、高速交通に大きな影響を与えます。 |トゥチョンクリエイティブ

プレハブの橋梁部材や超大型変圧器など、現場では製造できない大型品に遭遇した場合は、非常に慎重に取り扱わなければなりません。まず、可能なルートを選択し、ルート沿いのすべての橋と暗渠を調査する必要があります。次に、橋梁や暗渠の支持力を決定し、耐荷重要件を満たさないものは補強する必要があります。最後に、輸送プロセス中、道路管理は完全な保証を提供します。前方の道路管理車両が先導し、後方の道路管理車両が隔離され、必要に応じて道路が直接閉鎖されるなどです。輸送ユニットはプロセス全体、特に橋梁と暗渠を監視し、ストレスをリアルタイムで監視する必要があり、異常が検出された場合は建設を直ちに停止します。

大規模な輸送は極めてコストと時間のかかる作業であり、絶対に必要な場合を除いて通常は実施されないと言わざるを得ません。大型貨物が道路に投入されると、ルート全体の交通状況が試されることになります。単柱橋脚橋には特別な点は何もありません。橋を渡る際の規則を厳格に施行し、必要な手順を省略しないことによってのみ、橋と貨物の乗務員の安全を真に保証することができます。

著者: 郭 楊、ノースイースタン大学構造力学ポストドクター

レビュアー |潘 克明、第一道路交通工学研究所副主任技師、教授級上級技師

編集者 |ディン・ゾン

編集者 |ガオ・ペイウェン

この記事は「Science Facts」（ID: Science_Facts）によって作成されました。転載の際は出典を明記してください。

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