工学：橋梁が崩壊した際に支え続ける方法
Nature
鋼製トラス橋が重大な損傷を受けた後、ねじれやたわみが特定の条件下で構造物の崩壊を防ぐかもしれないことを報告する論文が、Nature にオープンアクセスで掲載される。この発見は、より安全な橋梁設計に向けた新たな視点を提供する。
鋼製トラス橋は、多数の相互接続された棒材を用いて荷重支持システムを形成する一般的な構造物である。これらの棒材は、損傷していない構造体内で発達し得る主要なメカニズムを通じて、寿命期間中に想定される荷重に抵抗するよう協調して機能するよう設計されている。しかし、橋の一部が破損した場合、構造体は形状と挙動の変化（橋梁部材の移動やたわみ）を経験し、これがさらなる崩壊を阻害するか促進するかのいずれかとなる。損傷した部材からの荷重を再配分し崩壊を防ぐ「二次的」抵抗メカニズムは、建築物ではよく理解され（設計に組み込まれている）が、これまで橋梁ではほとんど研究されていなかった。
Jose Adamら（バレンシア・ポリテクニク大学〔スペイン〕）は、実験（鋼製トラス鉄道橋の縮尺模型を用いた）とシミュレーションを組み合わせて、主要部材を切断して損傷を模擬した典型的な損傷シナリオにおける構造物の応答を調査した。著者らは、このような重大な損傷後のさらなる崩壊を抑制する主な二次抵抗メカニズムとして、損傷点周辺のパネルのたわみ、平面外曲げ、橋梁全体のねじれなど6つを特定した。より極端なシナリオを調査するため、橋梁モデルはシステム全体の崩壊に至るまで荷重を増やして試験された。著者らは、損傷状態であっても橋梁が運用荷重要求の1.8倍から3倍に耐えられることを発見した。この試験により、最終的な崩壊につながりやすい弱点も特定できた。
これらの知見は、鋼製トラス橋の安全性向上に向けた設計および維持管理における手法の新たな示唆を提供する。Katherine Cashellが同時掲載されるNews & Viewsで指摘するように、この結果は「橋梁には本質的なレジリエンス（復元力）が備わっており、それを活かし、洗練された設計を通して一層強化することができる」ことを示唆している。
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- Published: 03 September 2025
Reyes-Suárez, J.C., Buitrago, M., Barros, B. et al. Latent resistance mechanisms of steel truss bridges after critical failures. Nature 645, 101–107 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09300-8
The twisting and flexing of a steel truss bridge following a major damage event can, under certain conditions, prevent the structure from collapsing, according to a paper published in Nature. The findings offer a new perspective around which to design safer bridges.
Steel truss bridges are a common type of structure that use many interconnected bars to form a load-bearing system. These bars are designed to work together to resist the loads they are expected to face over their lifetime through primary mechanisms that can develop in the undamaged structure. However, if a part of the bridge fails, the structure undergoes changes in shape and behaviour (bridge components will move and flex), which may either hinder or promote further collapse. The ‘secondary’ resistance mechanisms that can help a bridge redistribute the loads from failed bars and prevent collapse are well understood in buildings (and factored into their design) but were, until now, largely unexplored for bridges.
Jose Adam and colleagues use a combination of experiments (involving a scale model of a steel truss railway bridge) and simulations to explore the response of such structures to typical damage scenarios in which a key component is severed to simulate its failure. The authors identify six secondary resistance mechanisms primarily responsible for inhibiting further collapse after such critical failures, which include flexing of the panels around the failure point, bending out of plane and twisting of the bridge as a whole. To investigate more extreme scenarios, the bridge model was tested with increased load until global system failure. The authors found that, even when damaged, the bridge was capable of withstanding 1.8 to 3 times its operational load demand. The test also enabled the authors to identify weak points that are more likely to lead to eventual collapse.
These findings provide new insights into how steel truss bridges can be more effectively designed and maintained to improve safety. As Katherine Cashell writes in an accompanying News & Views article, these results suggest that “bridges have an inherent capacity for resilience — one that can be exploited and enhanced through informed design”.
doi: 10.1038/s41586-025-09300-8
「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。
