熊本大学エ学部附属ものづくり創造融合エ学教育センター平成２０年度年次報告書
石橋の強さと長持ちの構造特性に迫る
社会環境工学科４年楠隆志担当教員：山尾敏孝 １．はじめに
九州の中で熊本は，大分，鹿児島に次いで三番目に 多くの石橋が造られ，通潤橋や霊台橋などを始めとす る有名な石橋が当時の形で多く存在している．図－１ はその一例である．現在ではこれらの石橋はほとんど 建設されていない．これは，石橋の構造の違いや，石 の種類による強度が異なるため挙動が明確にならず不 安定なこと，現在使われている基準に適応できないこ となどが挙げられている．しかし，現存の石橋は現在 建設されている橋に劣らないくらいの耐久性や耐震力 があると考えられているが，まだ明確な挙動解明には いたっていない．そこで，本プロジェクトでは，実際 に石材を加工して石橋模型を製作し，これらを用いて 載荷試験を行い石橋の強さと長持ちの構造特性を明ら かにすることを試みた．
２石橋模型の設計と製作 (1)目的：
裁荷実験が可能な範囲の大きさと形状を有する石橋 模型を製作することにした．実際の石橋に使用されて いる石材を切り出し，それぞれの部材を加工し石アー チを製作することによって昔の人たちが行っていた加 工の大変さも学ぶ．
(2)模型の設計と製作：
製作する石橋模型は実物の1/15～l/20程度の大き さとし，スパンライズ比は，０．２，０．５，０４の三種類 とした．表－１には製作した３体の模型の寸法を示 した．なお，スパンライズ比は，図－２(a)に示すよ
うに，アーチスパ ンとアーチ高さ
（ライズ）と比で ある．これらの石 橋は，すべて三列 アーチで，石材の 組み方は隣り合う 列の構成部材の隙 間が連続しないよう にした．アーチ形状 は図－２に示すよう にライズ比が0.5,0.4 のものは円形形状の アーチ，0.2のものは 放物線形状のアーチ とした．その後こ
灘 図－１鴨籠橋
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放物線形状のノーナ図－３使用した石材 とした．その後，こ
れらの設計をもとに石橋模型の設計図面をＣＡＤで作 製した．作製した図面を図－２に示す．
石橋模型は実物の石橋の挙動特性により近づけるた めに,使用石材は図－３のような熊本に現存する石橋に 用いられている阿蘇の溶結凝灰岩を使用した．
表－１各石橋の寸法（単位、、）
スパン｜高さ｜ライズ比|幅員｜リング厚｜部材数 石橋１１５９０１１１８１０．２’２７０１６０
5１石橋２１４５０１１８０１０４１２００１４０
5７石橋３１５９０１２９５１０５１２７０１６０
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（c）石橋３(0.4）
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(a）石橋１（0.2） （b）石橋２(０５）
図－２製作した各石橋の図面
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、,熊本大学エ学部附属ものづくり創造融合エ学教育センター平成２０年度年次報告書
鰯 図－４石材の加工と組立て 図－５完成した支保工と石橋 石材を加工して構成部材の製作を行なった．まず，
四角柱状の石材に必要な構成部材の寸法を罫書きし，
切断機で切り出す．この際切断機のブレードの厚さも 考慮してけがきを行なう．使用する凝灰岩は軟らかく 加工しやすいが，切断時に欠ける恐れがあった．欠け ると部材同士が密着する面の表面積が小さくなり，組 んで載荷する際に作用する応力が変化する恐れがでて くるので，細心の注意を払って行った．次に模形状に けがいて，グラインダーで側面を削り，平面に加工し た．（図－４）削り易かったが，硬さが不均質なため加 工には注意を要した．実際の石橋の石材はノミと金鎚 を用いてこの作業を行なうため表面は必､ずしも滑らか な平面ではない．このため構成苔|I材の密着面は滑らか な平面とはせず，比較的実物に近いものとした.全て の構成部材を削り終えると，一端石橋を組んでかみ合 わない箇所や全体のバランス，構成部材の大きさ，ば らつき等を確認して再度グラインダーで削り直し，組 み上げて確認した(図－４参照）最後に，石橋を組み 上げる際に，構成部材を支える役目を果たす支保工を 図－５に示すように製作した．
３．模型の載荷試験
製作したスパンライズ比０２と０５の石橋模型を使用 して，アーチクラウン部に集中載荷実験を行った．実 験の様子を図－６に示す．載荷試験機上に組み立てら れた石橋のアーチ両端を単純支持し，そのアーチクラ ウン部に荷重を加える方法で行った．アーチ両端部を 支える拘束具はシャコ万力によって固定し，加圧には センターホール油圧ジャッキを使用した．
石材アーチのみの構造では，集中荷重により中央の 載荷点と支点との間に篭によるふくらみが生じる.特 にスパンライズ比が大きくなるほど，ふくらみが大き くなることから，スパンライズ比０５の模型においては Ｌ/4点に拘束板を設置して載荷実験を行った,荷重を かけるアーチクラウン部では3列の石材のいずれかに 荷重が集中しないよう，金属板を橋軸直角方向に配置
し，均等に荷重を作用させた・
スパンライズ0.5の石橋模型は，荷重を載荷した直後 は，全ての位置で鉛直下向き方向に変位したが，しば らくたった後，中央部分以外は全て鉛直上向き方向に 変位し始めた.また,２３ｔから石材にひび害||れが入り，
盲卿→！ 荷重載荷点
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図－６集中載荷試験(0.2模型）
2.7ｔで最大強度となった．そのとき，変位位置がスパ ンの中央(Ｌ/2点)において最大変位が8.69ｍｍとなっ た．図－７はスパンライズ比が０２と0.5の模型のそれぞ れのＬ６ｔ付近での鉛直方向の変位分布を示した．変位 計2の石橋中央ではスパンライズ比が0.5と02では約２ 倍の違いが出てくる．このことからもスパンライズ比 が小さい放物線のアーチの方が石橋の強度が強いとい うことが確認できた.なお,０５の模型では,Ｌ/４点に，
ふくらみを抑える拘束板を付けたが，これによりアー チは安定し，大きな強度増加がみられた．つまり，実 石橋では壁石がこれに相当することから，壁石の役割 が確認できた．
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変位計Ｃ
ここ曰尉 変位計４
変位計２
(中央部） …噂一スパンライズ比０５
－葡一スパンライズ比０２
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…－－．千０ Ｙ
模型の中央からの8日熟(ｍ、）
図－７荷重16tでの鉛直方向の変位分布 ４．おわりに
本物のスケールの1/15～l/20程度の模型石橋を，工 作機械を用いて初めて作ったが，精度の良い石橋模型 を作ることができなかった．昔の石工はノミと金鎚だ けでスケールが大きな石橋を作り，それが何百年たっ た今でも人々の役に立っていることに改めてその技術 に感心した．また，石橋の強さや耐久性の秘密が実験 を通してある程度であるが明らかにできた．
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