因島大橋と生口橋はなぜ形が違うのか【第1章】

広島県立因島高校は2月5日、第5回総合学科発表会を開催した。1年生は「ライフプラン」、2年生は「因島の明日をつくるプロフェッショナルインタビュー」報告、そして3年生は課題研究論文を発表した。⇒[ 詳細 ]

とりわけ3年生は61人が14教科に分かれて、さまざまなテーマを自分で設定し1年間研究を続けてきたものである。

本紙では、多数の論文の中から土井田大智さんの「因島大橋と生口橋はなぜ形が違うのか」(物理)を全文掲載する。鋭い疑問と研究の努力を読み取っていただければ幸いである。

因島大橋と生口橋はなぜ形が違うのか

因島高校3年 土井田大智(どいただいち)

【第1章】

①はじめに

因島には、因島大橋と生口橋という2つの大きな橋がかかっている。私はそれらの橋の形が違うことが気になり、橋の構造が違うことには何か理由があるのではないか、また変えるメリットは何なのかということを疑問に思い、研究することにした。

因島大橋(吊り橋)

生口橋(斜張橋)

生口橋(斜張橋)

②研究の目的

なぜ因島大橋は吊り橋で、生口橋は斜張橋(しゃちょうちょう)で建設されたのか、橋の構造からその理由を明らかにするのがこの研究の目的である。

吊り橋は、空中に張り渡した主ケーブルから下向きに下した枝ケーブルで橋桁を真上に吊った構造をしている。

一方、斜張橋は、橋塔からケーブルを斜めに張り、そのケーブルで直接橋桁を支える構造になっている。

因島大橋と生口橋はともに因島に架かる橋なので、場所による気候や地形、地質に大きな違いはないはずだ。だから、橋の形を変えたのは環境の違いではなく、海峡の長さに関係しているのではないかと予想した。

向島と因島の海峡は800メートルと長く、因島と生口島の海峡は500メートルと短い。長い海峡では吊り橋の方が有利で、短い海峡では斜張橋の方が有利なのではないだろうか。つまり長い橋を作る場合、斜張橋より吊り橋の方が橋にかかる負荷が小さいのではないか。

私はこのような仮説を立て、このことを実証するために、吊り橋と斜張橋の模型を作り、橋の長さによってどちらの橋が、構造上有利なのかを調べることにした。

そこで、図㊦のようなモデルを考え、それぞれの橋にかかる「ケーブル」の張力、「橋塔」への荷重、「橋桁」にかかる圧縮力を比較することで橋への負担の大きさを、橋の長さを変えながら、比較してみることにした。

吊り橋(因島大橋)

吊り橋(因島大橋)

斜張橋(生口橋)

斜張橋(生口橋)

因島高校総合学科発表会「アツい因島をつくる」

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