ねじれて落ちた橋

アメリカ北西部、ワシントン州のピュージェット湾に、タコマ・ナローズと呼ばれる狭い海峡がある。狭いといっても幅は1.5キロほどあり、潮の流れは速い。対岸のキトサップ半島と本土のタコマの町を結ぶ橋は、長く地元の悲願だった。1938年に着工し、1940年7月1日に開通した吊り橋は、塔と塔の間が850メートルあまり。当時、ゴールデン・ゲート橋などに次いで世界で3番目に長い吊り橋だった。

この橋は、際立って細く、軽く作られていた。1930年代の吊り橋の設計では、路面を支える桁をできるだけ薄くし、すっきりと優美に見せることが流行していた。それを理論の面から支えたのが、ケーブルと桁の釣り合いを計算するたわみ理論で、この方法を使えば桁を軽くしても重さに耐えられることが示されていた。タコマ・ナローズ橋の設計に深く関わったのは、その理論の第一人者だった技師レオン・モイセイフである。当初の案では高さ7.5メートルほどのトラス（三角形を組み合わせた骨組み）で桁を作る予定だったが、費用を抑えるため、高さわずか2.4メートルの鋼板の桁に改められた。幅12メートルの2車線の道路を支えるには、あまりにも浅い桁だった。

工事中から、橋は風が吹くと路面が上下に大きく波打った。開通後も揺れは収まらず、人々は橋に「ギャロッピング・ガーティ（跳ねるガーティ）」というあだ名を付けた。前の車が波の谷に沈んで見えなくなる、と言われるほどで、わざわざ揺れを楽しみに渡りに来る人もいた。管理者は揺れを抑えるために綱を張ったり、緩衝の装置を付けたりしたが、効き目は長続きしなかった。それでも、上下に揺れるだけなら橋が壊れることはないと考えられていた。

1940年11月7日の朝、海峡には秒速19メートルほどの風が吹いていた。ふだんの上下の揺れが続いていたが、午前10時ごろ、突然、揺れ方が変わった。路面の片側が持ち上がり、反対側が沈み込む。中央を軸にして桁がねじれ、そのねじれが左右に繰り返し大きくなっていった。歩道の街灯が、路面とともに大きく左右に振れた。

そのとき橋の上には、新聞記者のレナード・コーツワースが運転する車があった。車が揺れで動けなくなり、彼は這うようにして岸へ逃れたが、車内に残した娘の飼い犬タビーは、助け出すことができなかった。犬を救おうと引き返した人もいたが、怯えた犬に噛まれて断念したと伝えられる。午前11時過ぎ、ねじれに耐えきれなくなった桁が裂け、中央の路面がまとまって海峡へ落ちた。人の死者はなく、命を落としたのはこの犬一匹だった。

崩落の一部始終は、地元のカメラ店の主人らによって映画のフィルムに収められていた。ねじれながら波打つ路面、崩れ落ちる桁。その映像は世界中で上映され、いまも物理や工学の授業で繰り返し流されている。

崩落の原因を調べるため、政府は、ゴールデン・ゲート橋などの設計に関わったオスマー・アマン、空気力学者のセオドア・フォン・カルマンらによる委員会を作った。当時の説明では、風の力が橋の固有の揺れの周期に一致して揺れを大きくする共振だと言われることが多く、いまもそう説明する教科書がある。しかし現在では、それだけでは足りないと考えられている。

いまの理解では、崩落を引き起こしたのはねじれのフラッターと呼ばれる現象である。浅く平らな桁は、風を受けると、わずかなねじれによって受ける風の力が変わり、その力がまたねじれを大きくする。橋の動きそのものが、風からさらに力を引き出してしまう。いったんこの状態に入ると、揺れは自分で自分を育てるように大きくなり、構造が耐えられなくなるまで止まらない。崩落の前の上下の揺れには、桁の縁で風がつくる渦が関わっていたとされる。

18世紀に鉄の橋（鉄で橋を架ける）が現れて以来、橋の設計はおもに重さとの戦いだった。この崩落は、橋の設計を根本から変えた。どれだけ重さに耐えるかだけでなく、風の中でどう動くかを計算しなければならない。桁にねじれに強い深い骨組みを持たせ、風を逃がす隙間を設ける。そして、設計の段階で縮小模型を風洞に置き、風を当てて揺れ方を確かめる。いまではどの国でも当たり前になったこの手順は、タコマ・ナローズ橋の失敗から始まった。同じころの細身の吊り橋も、次々に補強された。19世紀に鋼の吊り橋の時代を開いたブルックリン橋が、深い骨組みと斜めの吊り索で桁を固めていたのとは、正反対の行き方だったことになる。

1950年、同じ場所に、深いトラスの桁を持つ新しい橋が架けられた。2007年にはその隣にもう一本の橋が並んだ。落ちた桁は海峡の底に沈んだまま魚礁となり、遺構として保護されている。のちに日本で世界最長の吊り橋として建てられた明石海峡大橋も、大型の風洞で模型を試し、風への対策を重ねて設計された。失敗は、その後の橋を支える教科書になった。