桁橋からアーチ橋へ

「小さな石を組み合わせて、より大きな石橋を！」　アーチ誕生の過程を考えてみました。

　世界の様々な地域でアーチが出現しており、すべてのアーチがこのような過程を経て誕生したとは限りません。あくまでも一例だとお考え下さい。擬似アーチについては模型を作成し確認しましたが、構造力学等の専門的な知識もありませんので、上記の図には力学的に不自然な部分もあるかとも思います。お気づきの点など、ご指導いただければ幸いです。アーチの強さを知る「簡単な実験」も別ページに紹介しています。

　メソポタミアでは日干しレンガの製造技術が発達していたので、古くからアーチ工法が存在していたのではないかと推測されていますが、紀元前３5００年頃までは確認されてはいません。紀元前２２００年頃、ユーフラテス川に幅９m、スパン２００mのレンガアーチ橋が架かっていたという話も伝えられていますが、これはスパンではなく橋長の誤りでしょう。現在の技術では、スパン２００ｍも可能なようですが、当時の技術では考えられない長さです。ちなみに「ユーフラテス川」とは「立派な橋が架かった川」の意味（これは後述の「橋の歴史」や雄山閣出版の「橋の文化誌」にあったのですが、地理の先生によると「水量が豊かでゆっくり流れる川」で、チグリス川が「速く流れる川」の意味とも）があるとのこと。（なお、前述の「橋の文化誌」には、メソポタミアでは紀元前４０００年ころに、石造アーチが架かっていたとの記述も）
　アーチ構造が確実に確認できるのは、アッシリア全盛時代（紀元前９～７世紀）の浮彫絵画に城門アーチの絵があります。このアーチ技術がエトルリア人によってローマ帝国に伝えられ、ローマ帝国の拡大とともにヨーロッパ各地に石造アーチ橋が次々と架けられます。紀元前３１２年のアッピア水道橋に始まり、ガール水道橋（紀元前１４年）、クラウディウス水道橋（紀元５２年）、セコビア水道橋（紀元１世紀）など、数多くの石造アーチ橋が２０００年以上を経た現在までその姿を残しています。（以上、山本宏著「橋の歴史」森北出版を参考に）
　更には　「約４千年前のギザのピラミッド群のなかで発見された石造のアーチ式天井が人類最古のものと考えられています」と，鹿島出版会発行の「建築にはたらく力のしくみ（建築学教育研究会編）」にあります。

　左上の写真は、トルコのベルガモン（ベルガマ）の遺跡に残るアーチです。
　右上の写真も、トルコのイスタンブール市内に残るローマ帝国時代のヴァレンス水道橋（最初ローマ皇帝ハドリアヌスが紀元２世紀に架けたが、ローマ皇帝ヴァレンスにより架けなおされ紀元375年に完成）、現在でも９００mほどが残っており、その下を自動車が走っています｡ただ、現在の姿は当時のままではなく、東ローマ帝国皇帝ヘラクリウス（在位610－641）が破壊、その後完全に復旧したのはオスマン帝国の国王スレイマン（在位1520－1566）。

　ローマにアーチ技術を伝えたというエトルリア人達のふるさとはリディア（現在のトルコ、諸説も）で、イタリア半島に移住したのは紀元前８００年頃。伝説を除くと、ローマ最初の王もエトルリア人（タルクィニウス朝を開いたルーキウス・タルクィニウス）で、紀元前６１６年。エトルリア人によるローマ支配は共和制移行の紀元前５０９年までの１００年ほどですが、その後もエトルリア人達のふるさとにアーチが造られ続け、２１世紀の今なお残っているというのも興味深いことです。なお、ローマが水道橋をはじめとする大建造物を次々とつくり得たのは、コンクリートの発明が大きく貢献しています.。コンクリートにより､形も大きさも思うように自由につくれるようになり、しかも短い工期で、安価に大建造物をつくることが可能に.。

最終更新：2009/12/31

	石桁橋　２つの鉛直の支持台の上に石桁を置くだけ。しかし、スパン（径間）が長くなれば、石桁等の重さとそれを支える支持台の力により、たわみを生じ、石桁の中央部に裂け目（左図中央の赤い部分）ができ、割れてしまう。桁橋では長大なものは不可能で、石桁橋の場合、スパンは３.５ｍが限界とも。桁が大きくなれば、石も重くなり工事も難しくなる。（理論的には10ｍを超えることも可能のようだが、大きな石材に恵まれるかが問題）
	疑似アーチの出現　そこで、小さな石（レンガでも）を組み合わせるアイデアが生まれる。左図のように石を積み上げていく工法である。迫り出した石の重心を下の石上に置いていく。そのまま積み重ねていくと、重心は最初の石の外にはみ出すことになるが、それぞれの石の上にも積み重ねることにより、その重さでバランスをとる。これは力学的にはアーチではない｡（別名：持送りアーチ corbelled arch）肥後の石橋の例では、宇城市の市木橋がある。
	左図のように、迫り出した石の前面を斜めに切り取れば、迫り出した部分の重量が減少し、構造力学的にも好都合。　片持ち式「アーチ」技術は紀元前７世紀のアッシリア人によって水道橋をはじめ各地のドーム等に応用されている。迫り持ち式とも言う。　この擬似アーチから真のアーチが出現したとは、出現年代を調べると必ずしも正しいとは言えないが、擬似アーチを経て真のアーチが出現したと考えるのも自然かとも。
	アーチの出現　疑似アーチは、鉛直方向の荷重を鉛直方向にしか支えず、原理的には桁橋と変わらず、アーチとは言えない。鉛直方向の荷重を斜め方向に変えるのが、真のアーチである。左図は、２枚の石板が互いに支え合っているだけだが、力学的にも立派なアーチ(voussoir arch)である。合掌（がっしょう）式アーチとも言う。肥後の石橋では、天草郡五和町の「馬場の石橋」や人吉の「井口八幡宮石橋」がこの例。
	アーチにすれば、小さい石を組み合わせて、大きなスパンの橋を架けることが可能に。しかし、真のアーチを造るには、くさび形の石を用い、一つ一つの石をくさび形に裁断する技術（切石術）や高度な積石術が必要となる。左図は、２枚の石板の間に要石を置いたアーチ。アーチ橋は紀元前２０００年の古代エジプト時代には造られている。（紀元前４０００年メソポタミヤに石造アーチ橋が存在したとも）この例は、菊池郡大津町の陣内橋（仮称）等がある。
	アーチの作用がどのようなものかを知るには、個々の石がそれ自身の重さによって、互いに他の石に力を及ぼしあっている様子を思い浮かべることだ。要石は両隣の輪石に向かって、両隣の輪石は自身の重さを加えて更にまたその隣へと、次々と放射状に少しずつ方向を変えながら、両端の橋台の方向へ伝えていく。　アーチの原理を使えば、輪石を増やすことによって、小さい石で、より大きな架橋が可能となる。