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（橋の設計思想）「揺らす」のか、「揺れる」のか
工学の部がないので、こちらでお尋ねします。 ここでいう橋とは吊り橋でなく、また単に車道と歩道が並行しているだけでなしに構造上、両者が一体となっていて手摺と段差によって歩道が確保されている形態のものを指します。 何百メートルもある長大な橋の中央に佇つと、トラック等の重量のある大型車両の通過時には上下に揺れるのが判ります。トトンという小刻みな揺れでなく、ゆったりとした周期の長い如何にも酔いそうな揺れです。一輌の通過によって何度も上下するのではなく、ただ一度だけゆっくり上下するのを感じます。気のせいばかりでなく実際に揺れているのだと思います。普通車程度の通過では感じません。 これは、力を分散させたり吸収したりするなどのために意識して揺れるように設計してあるのですか、それとも建設費の節約などの理由から、揺らしたくはないけど実用上差し支えないので揺れるのを許容しているのですか。 専門家志向でなく素人の思いつきみたいな質問ですから詳しい解説は勿体ないです。ざっと教えて下されば十分です。よろしくお願いします。
- sono-higurashi
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実際に揺れています。 物理では「固有振動」と呼んでいます。 長い棒を立てて先におもりをつけ、少し水平方向に引っ張って手を放すと、左右に振動します。 あるいは 歩道橋の上で体を上下に振動させると、歩道橋がゆれます。そのとき、ゆれの周期にあわせて体をさらに上下に振動させると、ゆれが大きくなってきます。 ブランコに子供が乗っているとき、後ろから押してやっていますね、そのときも タイミング良く押すと、どんどん振動が大きくなりますね。子供が一番上に来て前に行こうとするときに、軽く前に押してやる、つまり振動が大きくなるのを助けるように押してやるのです。 こういうときに、橋やブランコの大きさ長さによって振動周期が決まっています。楽器の弦の長さで音の高さ（振動数）が決まるのと同じです。この振動数を「固有振動数」といいます。 ですから、風の強弱や、トラックの動きなどのタイミングが運悪く橋の固有振動数と一致してしまうと、振動がだんだん大きくなって、最後は橋が崩壊してしまうということもあり得ます。 実際、以前 アメリカのタコマ橋という大きな橋が、完成した直後に崩壊したことがあります。 現在は、こういったことが起きないように、橋の構造を工夫して、特定の振動数では壊れないように設計されていると聞いています。 最近、地震対策で、高層ビルで、柔構造といって、むしろゆれをうまく利用して耐震性を増しているということも聞きますね。ですから、橋などでも、絶対ゆれないようにがちがち（膨大な鉄骨を使う）な構造ではなく、ゆれを利用（たとえばゆれを相殺させるような構造）した構造が工夫されているような気がします。 専門家でもありませんし、実際の事も知りません、推測で、的はずれならばご容赦下さい。
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たびたびすみません。 吊り橋のことを念頭に置いて書いてしまいましたが、 そうでない橋についても、共振・固有振動などの現象は生じます。 下のサイトの論文は見るだけで目がくらみそうでしたが、最後のグラフを見ますと、 橋桁の支柱間隔が２００ｍぐらいですと２秒ぐらいの周期ですね。
Ａ２です ｙｏｕｔｕｂｅ のこの映像の方がリアルですね。 詳しくは タコマ橋 固有振動 共振 などで検索してみてください。
- higejii3
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私も専門家では有りませんが… 大きなトラックなどが通れば道路でさえ揺れるのはご存知ですよね。 大きな橋は固定出来ないので、揺れます。 どんな物も、温度変化で膨張収縮をしますよね。 それが大きくなればなるほど、膨張による変化の値は大きくなりますよね。 膨張したとき、収縮したときそれを逃がさなければ破壊されてしまいます。 だから大きな橋の両側は固定して無いのが普通です。 建設費の節約は関係ないと思います。 揺らすのではなく揺れるのだと思います。
お礼
確かに長大な橋はピン状というか爪状というか、橋桁の所々で鉤によって結合し伸縮を吸収しているのは視認できます。 実は上下に揺れると確信する一方、揺れると感じるのは水面が遥かに下で高所にいる恐怖感からくる錯覚ではないのかとの疑いをもっていました。ご回答により錯覚ではなくタワミからくる上下動があるのが分かりました。 有り難うございました。またの機会にもよろしくお願いします。
お礼
ANo.3、ANo.4も拝見しました。吊り橋であってもなくても原理は変わらないのでしょうから参考になります。 斜張橋で支間を200mにしたとき、2秒周期で強い力が加わると共振してしまうということでしょうか。理論の裏づけは分かりませんが、振動は干渉させて共振を起こさないように設計するのが肝要なのだと理解しました。 どうやら設計者としては揺らしたくないが、揺れてしまうのを一定の範囲で許容しているというところでしょうか。 タコマ橋の事故は凄まじいですね。素人の杞憂でしょうが瀬戸内の長大橋や高層ビルは心配です。 何度も答えを寄せて下さって有り難うございました。またの機会にもよろしくお願いします。