ゴールデンゲートブリッジが建設された当時、それは世界で最も長い吊り橋の支間でした。
建設当時の費用は約3,700万米ドルでしたが、同じ構造物を今日建設すると約10億ドルかかるでしょう。
ゴールデンゲートブリッジを、継続的な維持管理や運営費を抑えられるような形で再建することを提案する人さえいます。
この分野における技術革新により、より軽量な材料が利用可能になり、橋の制振システムの課題にも対処できる可能性があります。
1937年5月27日に通行可能となって以来、ゴールデンゲートブリッジはアメリカの景観を象徴するアイコンとなっています。
1870年までに、サンフランシスコ市とマリン郡を結ぶため、ゴールデンゲート海峡に橋を架ける必要性が認識されていました。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書を提出するまでには、さらに半世紀を要しました。計画は発展を重ね、最終的に吊り橋として承認されたこのプロジェクトは、結果的に建設に4年以上を要することになりました。
ゴールデンゲートブリッジが建設された当時、それは世界で最も長い吊り橋の支間でした。ケーブルが2本の塔の間で道路を支えており、中間支持はありませんでした。また、この建設地には多くの固有の課題がありました。建設費は当時約3,700万米ドルでした。今日同じ構造物を建設する場合、約10億ドルかかるでしょう。では、この設計は過去80年間どのように持ちこたえてきたのでしょうか。そして、今日ゼロから始めるとしたら、私たちは異なる方法で建設するのでしょうか？
世界で最も長い吊り橋
ゴールデンゲートブリッジは吊り橋であり、これは、張力下にあるケーブルとサスペンダー、および圧縮下にある塔によって、中間支持なしに長距離を横断することを意味します。道路床版は、塔と端部のアンカレッジの間に張られた2本の主ケーブルに接続された垂直のサスペンダーから吊り下げられています。サスペンダーは車両荷重と自重を、塔に定着され、最終的に堅固な地盤へと伝達される支持ケーブルへ伝えます。
この種の最初の橋は、谷や川を横断するため、おそらく柔軟なロープで2つの崖を結んでいました。数百年前、これらのロープは植物繊維で作られており、後に鉄鎖が使われるようになりました。1883年に開通したニューヨーク市のブルックリン橋は、鋼製ケーブルを初めて使用した橋であり、その後これが標準となりました。
塔は当初、谷の両側にある単純な岩であった可能性が高く、やがて技術者たちは巨大な石造または鋼製の橋脚を用いるようになりました。例えばゴールデンゲートブリッジは、各端に1つずつの橋台と、海底に埋め込まれた基礎の上に置かれた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年の開通以来、ほとんど変更されていない唯一の部分と言えるでしょう。各主ケーブルは、鉛筆ほどの太さの27,572本の鋼線で構成されています。建設作業員は、ほぼ8万マイル分のワイヤーケーブルを、橋の一端から他端まで張り渡しました。
そのような長く太いケーブルを、欠陥のない一本物として製造することはほぼ不可能です。そして決定的に重要なのは、もし1本の大きなケーブルが橋を支えており、それに何か問題が起きた場合、壊滅的な破損が生じるということです。より細いワイヤーに頼ることで、いかなる破損も緩やかに進行し、災害を回避する時間が得られます。
サンフランシスコの湾に橋を架けることが初めて検討されて以来、この場所の強風、荒波、そして起こりうる地震の力に構造物が耐えられるかについて、大きな懸念がありました。サンフランシスコは2つの活動的な地殻プレートの交点に位置しており、明らかに誰も地震によって橋が崩壊する事態を見たくはありませんでした。この橋は現在、約1日あたり11万2,000台の車両が通行しています。
こうした問題を避けるため、建設者たちは橋の両端にも衝撃吸収装置を設置し、風や地震の力によるエネルギーを吸収させました。この特別に設計された振動減衰装置は、ゴムで覆われた鉛の芯からなる直径1メートルの円筒です。戦略的な位置に配置されることで、橋を崩壊させかねないエネルギーを吸収します。
良好な状態を保つ
一般的な考え方では、インフラプロジェクトは開通直後に完了すると考えられがちです。しかし、ゴールデンゲートブリッジを最良の状態に保つには、継続的で厳格な維持管理が必要です。80年間にわたり、専任の維持管理作業班が橋の整備に当たり、必要に応じて塗り直しや、腐食・破損した部品の交換を行ってきました。
この作業は厳格な基準に従って行わなければなりません。例えば、橋の様々な部材を接続する数千本のボルトのいずれかを交換する必要がある場合、強風や地震力に対して橋の安全性を保つため、同時に取り外すのは最大2本までとされています。
構造的な維持管理上の課題もあります。時間の経過や継続的な温度変化により、ケーブルやサスペンダーは伸びたり縮んだりするため、定期的な点検と再緊張が必要です。このような調整は「チューニング」と呼ばれ、弦楽器を最良の音色に保つために調律する音楽家の作業に似ています。
今日建設するとしたら、何が変わるでしょうか？
膨大な維持費用のため、継続的な維持管理や運営費を抑える形でゴールデンゲートブリッジを再建することを提案する人もいます。政治的な実現可能性は度外視するとして、今日ゼロから建設するとしたら、技術者はこの橋をどのように設計するでしょうか？
時間とともに、研究者たちはより軽量な材料を開発してきました。鋼鉄やコンクリートの代わりに繊維強化ポリマー（FRP）を用いることは、この規模の構造物の重量を減らす一つの方法です。この自重は通常、構造物の耐力の70～80パーセントを消費しています。耐力とは、破壊に至るまでに耐えられる最大荷重のことです。自重を減らせば、橋の構造に必要な強度も低くて済み、より安価で容易な選択肢が可能になります。
例えば、ウェストバージニア州のマーケット・ストリート橋のような橋で、設計者は繊維強化複合材（FRP）を使用し始めています。FRPは、材料に強度を与えるガラス繊維や炭素繊維を結合させるためにプラスチック樹脂を用います。コンクリートの4分の1の重さでありながら、FRPは5～6倍の強度を持ちます。
代替となるゴールデンゲートブリッジにおいて、設計者が変更の最初の対象とするのはおそらくケーブルの構成でしょう。現在使用されている鋼鉄は腐食しやすく、新しい材料より4倍重く、この場所が直面するような過酷な湿度や温度の環境では破損する可能性があります。炭素ケーブルはより不活性で、既に世界各地で使用されています。
これらの鋼鉄より軽い材料は、交通用の車道など、橋の他の部材にも利用できる可能性があります。プラスチック複合材の床版を用いれば、ゴールデンゲートブリッジの床版の自重を5分の1に削減できるかもしれません。そうなれば、技術者は吊り橋ではなく斜張橋として設計・建設することが可能になるでしょう。その利点は、サスペンダーを不要にできることです。斜張橋では、力はケーブルによって床版から塔へ直接伝達されます。CFRPケーブルを用いた初の道路用斜張橋は、1996年に開通したスイスのストーク橋です。
斜張橋は吊り橋よりも長い支間を持つことができるため、支点と岸の間の構造をより単純にできる可能性があります。また、水底がより浅い岸寄りに塔を建設することで、ゴールデンゲートブリッジが当初建設された際の主要な問題の一つを軽減できるでしょう。その問題とは、強い潮流のある深い水中で塔の基礎工事を行うことが、非常に困難で高額であったことです。
制振システムも新しい設計によって対応可能です。ゴールデンゲートブリッジの建設に用いられた鉛芯式の減衰装置は、風、交通、地震の力により強く抵抗できる新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・ナローズ橋で起きた事故のような、風で橋が横方向に揺さぶられ、ねじれて崩壊する破損を防ぐことができるでしょう。
とはいえ、ゴールデンゲートブリッジは今も問題なく機能しています。他に実現可能でより安価な選択肢があっても、このアール・デコの象徴と、世界的に有名な「インターナショナル・オレンジ」の塗装を置き換えようとする動きは、現実的にはありません。交通、風、地震による荷重によって応力限界を超えないよう、ゴールデンゲートブリッジは綿密に監視されています。この工学的傑作は、少なくとも今後さらに80年は期待できます。
