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エンジニアはレオナルドダヴィンチの橋の設計をテストしました

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デビッドL.チャンドラー

西暦1502年、スルタンバヤズィト2世は、イスタンブールと隣接する都市ガラタを結ぶ橋の設計を求めて、政府のRFP(提案依頼書)に相当するルネッサンスを送りました。すでに有名な芸術家であり発明家でもあるレオナルド・ダ・ヴィンチは、スルタンへの手紙で説明し、ノートに小さな絵でスケッチした斬新な橋のデザインを思いつきました。

彼は仕事に就けなかった。しかし、彼の死から500年後、当時の世界最長の橋のスパンであったであろう設計は、 MIT、レオナルドのコンセプトがどのように考え抜かれたのか、そしてそれが本当に機能したのかどうか疑問に思った人。

ネタバレ注意:レオナルドは自分が何をしているのか知っていました。

質問を研究するために、最近の大学院生のカーリー・バストは、建築学と土木環境工学の教授であるジョン・オクセンドルフと学部生のミシェル・シーと協力して、入手可能な文書、当時入手可能な材料と工法を分析することで問題に取り組みました。 、およびゴールデンホーンと呼ばれる川の河口であった提案されたサイトの地質条件。最終的に、チームは詳細な縮尺モデルを作成して、構造物が立って重量を支え、さらには基礎の沈下に耐える能力をテストしました。

研究の結果は、今月初めにバルセロナで開催された国際シェルおよび空間構造協会の会議で発表されました。

平らなアーチ

レオナルドの時代には、ほとんどの組積造橋の支柱は、従来の半円形のアーチの形で作られていました。このような長い橋を支えるには、スパンに沿って10本以上の橋脚が必要でした。レオナルドの橋のコンセプトは劇的に異なりました。彼のスケッチに示されているように、帆船がマストを所定の位置に置いた状態で下を通過するのに十分な高さの平らなアーチですが、1つの巨大なアーチで広いスパンを横断します。

橋の長さは約280メートルで(メートル法はまだ数世紀離れていたため、レオナルド自身が別の測定システムを使用していましたが)、橋が建設されていれば、当時世界で最も長い橋でした。 「それは信じられないほど野心的です」とバストは言います。 「当時の典型的な橋の約10倍の長さでした。」

この設計はまた、横方向の動きに対してスパンを安定させる珍しい方法を特徴としていました。これは、何世紀にもわたって多くの橋の崩壊をもたらしました。それと戦うために、レオナルドは、揺れる車の中でバランスをとるために彼女のスタンスを広げる立っている地下鉄のライダーのように、両側に外側に広がるアバットメントを提案しました。

レオナルドはノートとスルタンへの手紙の中で、使用される材料や建設方法についての詳細を提供していませんでした。バステトとチームは、当時入手可能な材料を分析し、木やレンガではこのような長いスパンの荷重を支えることができなかったため、橋は石でしかできなかったと結論付けました。そして彼らは、ローマ人によって建てられたような古典的な石積みの橋のように、石を一緒に保持するための留め具やモルタルなしで、橋は重力の下で自立するだろうと結論付けました。

それを証明するために、彼らはモデルを構築し、その安定性を実証する必要がありました。そのためには、複雑な形状を個々のブロックにスライスして、最終的な構造に組み立てる方法を理解する必要がありました。実物大の橋は何千もの石のブロックで構成されていたはずですが、1〜500のスケール(長さ約32インチ)で構築されたモデルの126ブロックの設計を決定しました。次に、個々のブロックを3Dプリンターで作成し、ブロックごとに約6時間かけて作成しました。

「時間はかかりましたが、3D印​​刷により、この非常に複雑な形状を正確に再現することができました」とバスト氏は言います。

設計の実現可能性をテストする

これは、レオナルドの基本的な橋の設計を物理的な形で再現する最初の試みではありません。ノルウェーの歩道橋を含む他の橋も彼の設計に触発されましたが、その場合は鋼やコンクリートなどの近代的な材料が使用されたため、建設はレオナルドの工学の実用性に関する情報を提供しませんでした。

「それは、彼のデザインが彼の時代からのテクノロジーで機能するかどうかを確認するためのテストではありませんでした」とバスト氏は言います。しかし、重力で支えられた組積造の性質のために、忠実な縮尺モデルは、異なる材料で作られていても、そのようなテストを提供します。

「それはすべて圧縮によってのみまとめられています」と彼女は言います。 「力がすべて構造内で伝達されていることを実際に示したかったのです」。これは、橋が倒れないようにしっかりと立つための鍵です。

実際の組積造アーチ橋の建設と同様に、「石」は組み立て時に足場構造によって支えられ、すべてが所定の位置に配置された後でのみ、構造がそれ自体を支えることができるように足場を取り外すことができました。それから、アーチの最上部にあるキーストーンである構造に最後のピースを挿入する時が来ました。

「私たちがそれを入れるとき、私たちはそれを絞らなければなりませんでした。それは私たちが最初に橋を組み立てたときの決定的な瞬間でした。それがすべてうまくいくかどうかについて、私は多くの疑問を持っていました」とバストは回想します。でも「キーストーンを入れると 『これでうまくいく』と思ったのですが、その後、足場を外して立ち上がったのです。」

それを機能させるのは「幾何学の力です」と彼女は言います。 「これは強力なコンセプトです。よく考えられていました。」レオナルドのために別の勝利を獲得します。

「このスケッチはフリーハンドでしたか、50秒で行ったものでしたか、それとも彼が本当に座って深く考えたものでしたか?入手可能な歴史的資料から知るのは難しい」と彼女は言います。しかし、デザインの有効性を証明することは、レオナルドが本当に慎重にそして思慮深くそれを解決したことを示唆している、と彼女は言います。 「彼は物理的な世界がどのように機能するかを知っていました。」

彼はまた、この地域が地震になりやすいことを明らかに理解し、安定性を高めるために基礎を広げるなどの機能を組み込んだ。構造物の弾力性をテストするために、バステトと謝は2つの可動プラットフォーム上に橋を建設し、一方を他方から遠ざけて、弱い土から生じる可能性のある基礎の動きをシミュレートしました。橋は水平方向の動きに対して弾力性を示し、完全に崩壊するまで伸ばされるまでわずかに変形しただけでした。

今日の材料と方法は、より軽く、より強い設計のためのより多くのオプションを提供するので、設計は現代の橋の設計者にとって実際的な意味を持たないかもしれないとバストは言います。しかし、この設計の実現可能性の証拠は、初期のルネサンスの材料と方法のみを使用して、どのような野心的な建設プロジェクトが可能であったかをより明らかにします。そして、それはまたもや世界で最も多作な発明家の一人の素晴らしさを強調しています。

また、バスト氏は、「最高のアイデアを思いつくのに、必ずしも凝ったテクノロジーは必要ない」と述べています。

上の画像:最近の大学院生のカーリーバストは、レオナルドダヴィンチが設計した橋の縮尺模型を披露しました。彼女と彼女の同僚は、設計の実現可能性を証明するために使用しました。画像:Gretchen Ertl

の許可を得て転載 MITニュース


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