アーチ橋とは｜定義と仕組み、構造・種類・利点をわかりやすく解説

アーチ橋とは、橋の両端にある橋台が曲がったアーチの形をしている橋のことである。アーチ橋は、橋の重量と荷重の一部を、両側の橋台が持つ水平方向の推力に伝えることで機能する。高架橋（長い橋）には、アーチを連続させたものが使われることもある。しかし、今日では、より安価な他の構造が一般的に使われている。

構造と仕組み

アーチ橋は主に圧縮力で荷重を支える構造です。アーチ形状により、上からかかる荷重はアーチ材の内部に圧縮応力として分散し、両端の橋台がこの力を受け止めて地盤に伝えます。アーチの中央上部にある石やコンクリート部材（キーストーンに相当する部分）が重要な役割を果たします。

アーチ橋の型式により、荷重や推力の扱い方が変わります。例えば、

開腹アーチ（open-spandrel）：アーチ上部の空間を支柱で橋桁（デッキ）に接続するタイプ。
閉腹アーチ（closed-spandrel）：アーチ上部が充填材や壁で埋められているタイプ。
タイドアーチ（tied-arch）：アーチの両端の水平方向の推力を、下部の引張材（タイ）で内部処理し、橋台に大きな横力を伝えない形式。

主な種類

石造アーチ橋：古代からある伝統的な形式。耐久性が高いが施工に熟練が必要。
煉瓦・ブロックアーチ：小規模橋に多く使われる。
鉄アーチ・鋼アーチ：比較的軽量で長スパンが可能。近代以降に普及。
コンクリートアーチ（無筋・補強・現場打ち・プレキャスト）：形状の自由度が高く、現代の橋梁で多用される。
連続アーチ：長い高架橋で複数のアーチを連ねた構成。

利点と欠点

利点
- 圧縮に強く、石やコンクリートの性質を活かせる。
- 美観が高く景観に優れるため観光地や歴史的建造物に適する。
- 適切に設計すれば長期耐久性が高い。
欠点
- 両端に大きな水平推力が働くため、しっかりした橋台と良好な地盤が必要。
- 施工時に支保工（仮設の型枠や足場）が大きくなりやすく、コストがかかる場合がある。
- 長スパンや急速施工が求められる場面では、他の構造（桁橋、トラス、斜張橋など）の方が有利なことが多い。

材料と施工法

歴史的には石や煉瓦で積み上げる工法が一般的でした。現代では鉄筋コンクリートや鋼材を用いたアーチが多く、施工法も多様です。主要な施工技術には、

支保工（センタリング）を用いてアーチを組み立てる伝統的工法
仮設のトラスやケーブルで片持ち施工（カンチレバー工法）し中央で接合する方法
プレキャスト部材を組み合わせる工法

設計では、地盤の支持力や沈下、地震時の挙動、排水や耐久性（凍結融解、塩害など）を考慮します。

設計上の注意点

橋台や基礎が水平推力に耐えられるかを評価すること。弱い地盤では深い基礎や広い基礎が必要になる。
アーチ断面の形状や配筋（補強）を適切に決めること。圧縮の伝達経路を明確にする。
耐震設計では、アーチと橋台間の力の伝達と拘束のされ方を詳細に検討する。タイドアーチなど水平力を内部処理する形式は地震対策上有利な場合がある。
維持管理としては、排水・目地・塗装・腐食防止の点検が重要。

代表的な例と歴史

アーチ橋はローマ時代から発達し、ヨーロッパやアジア各地に歴史的な石橋が残っています。近代以降は鋼やコンクリートの技術向上で大型アーチ橋が建設され、都市や高速道路の高架にも応用されています。例としては、ローマ時代の水道橋やヨーロッパの石橋、近代の鋼アーチ橋などが挙げられます。

以上のように、アーチ橋は形状と力の伝達を利用した古くからある合理的な構造です。用途や地盤条件、コストによっては他形式が選ばれることもありますが、景観や耐久性の面で今なお有用な橋梁形式です。

インディアナ州のマコーミックズ・クリークに架かるストーン・アーチ橋。国家歴史登録財に指定されている。

歴史

現存する最古のアーチ橋は、ギリシャのミケーネ時代のアルカディコ橋と思われる。紀元前1300年頃に造られた。石造りのコーベルアーチ橋は今でも使われている。保存状態の良いヘレニズム時代のエレウテルナ橋は、三角形のコーベル・アーチを持つ。紀元前4世紀のロードス島歩道橋は、初期のヴソワール・アーチの上に乗っている。

エトルリア人も古代ギリシャ人も、アーチの存在を知っていた。しかし、橋の建設に初めてアーチを使ったのはローマ人である。

ローマ時代のアーチ橋は通常、半円形である。また、アルコネタール橋のように、半円形に満たない曲線のアーチを持つセグメントアーチ橋も多く見られた。このようなセグメントアーチ橋は、大量の洪水をその下を通過させることができる。これにより、洪水時に橋が流されるのを防ぐことができる。また、橋自体も軽量化することができた。一般にローマの橋は、同じ大きさ、同じ形のくさび形の一次アーチ石（ヴォーソワールという）を使っていた。ローマ人は、単一スパンや長大な複数アーチの水道橋を建設した。また、橋脚に開口部を設けて洪水対策も行った。

中世ヨーロッパでは、ローマ時代の構造物を改良して、橋脚を細くするなどの工夫がなされた。また、より細いアーチ型アーチを採用し、スパン比を低くした。また、ゴシック様式の尖ったアーチが導入され、横方向の推進力が軽減された。特に14世紀には、橋の建設は新たな高みに到達した。40メートル（130フィート）にも及ぶスパンは、石造アーチ構造では前代未聞であった。

19世紀には鉄鋼が安価になり、さらに長い橋ができるようになった。タイ・アーチ橋は、大規模で高価な基礎を必要としないため、一般的な橋となった。20世紀後半には、500mを超える橋も作られた。

単純圧縮アーチ橋

シンプルな素材の良さ

石やレンガなどの素材は圧縮に強い。せん断にもかなり強い。しかし、引っ張りにはあまり強くありません。そのため、石積みのアーチ橋は常に圧縮された状態で設計されている。各アーチは、セントリングと呼ばれる仮設のフレーム上に構築される。最初の圧縮アーチ橋では、橋の中央にあるキーストーンが橋の残りの部分の重量を負担していた。橋にかかる重量が多いほど、橋の構造は強くなる。石積みのアーチ橋では、この自重を増やすために、アーチの上に盛り土（通常は捨石を圧縮したもの）をする。また、荷重が作用したときにアーチリングに張力が発生しないようにするためである。また、無筋のコンクリートも使用された。石材（切石）を使用する場合は、せん断力を最小にするために面の角度をカットしている。乱形石材（切削していない石材）を使用する場合は、モルタルで接合している。モルタルが固まってから、支柱を撤去する。

施工順序

アーチが水路の底（橋脚や土手）に設置されている場合は、水を迂回させます。これは、まず砂利を掘削し、良好なフーチング（丈夫な材料）に置き換えるためです。その上に、基礎となる橋脚を立て、アーチの底辺の高さまで上げる。これが「はね上げ」と呼ばれるポイントである。
アーチフレーム（イギリス英語では "arch frame"）は、通常、木材で作られる。多連アーチ橋の各アーチは、隣のアーチに推力を発生させる。そのため、すべてのアーチを同時に立ち上げるか、幅の広い橋脚を使用する必要がある。端部のアーチの推力は、渓谷の壁面に設けられた実質的な（垂直な）フーチングによって地中に取り込まれる。
センターリングの上に複数のアーチを構築する（または単一のアーチを構築する）。各基本的なアーチのバレルが構築された後。アーチは、インフィルドメーソンリーで安定化される（またはアーチは）。これらは、水平方向に走るボンドコース（層）で敷設されることがある。スパンドレルと呼ばれる2つの外壁を形成し、適切なルースマテリアルやラブルで埋められることもある。
道路は舗装され、欄干が橋への交通を誘導しています。

リミラのローマ橋のワークフロー：下部のアーチリブが完成すると同時に、支柱を別の開口部に移動させた。

ギャラリー

スペインのプエンテ・デル・ディアブロの尖ったアーチ

中世の商店橋「ポンテベッキオ

2つの家並みを支える中世後期のクレーマーブリュッケ

ポンテ・サンタ・トリニタ楕円形アーチを持つ最初の橋

アーチの水平推力を受け止めるバットレス式のアプローチスロープを示す石造りの中国月橋

ノルウェーのフレドリクスタにあるフレドリクスタ橋

オハイオ州コロンバスのメインストリート橋は、北米で唯一の傾斜アーチ式吊橋です。

中国・重慶にある朝天門橋は、世界最長のアーチ橋です。

ギリシャ・アルタにあるアルタ橋

米国の法的基準では、このイタリアの暗渠はアーチ橋である

ガラビット高架橋は、鍛鉄製のトラスアーチ橋です。

質問と回答

Q:アーチ橋とは何ですか?

A:アーチ橋とは、橋の両端にある橋台が曲がったアーチの形をしている橋の一種です。

Q:アーチ橋の仕組みは?

A:アーチ橋は、橋の重量と荷重の一部を、左右の橋台が持つ水平方向の推力に伝達することで機能します。

Q:高架橋はアーチ橋でつくれるのか?

A:はい、高架橋（長大橋）は、一連のアーチから作ることができます。

Q:現在、高架橋には他の構造も使われているのですか?

A:はい、現在では高架橋にアーチの代わりに、より安価な他の構造が一般的に使われています。