シルバー橋の崩落(1967年):アイバーの小さなき裂からの脆性破壊
1967年12月15日の夕方、米国のオハイオ川にかかる国道35号の橋(シルバー橋)が崩れ落ち、46人が亡くなりました。崩壊は、橋を吊る鎖の1本のアイバー(目玉の付いた棒)が、目玉の部分で割れたことから始まりました。割れの起点には、約40年の間に応力腐食などでできた、深さ約3 mmに満たない小さなき裂がありました。
何が起きたか
- 日時
- 1967年12月15日 午後5時ごろ(米国東部標準時)
- 場所
- 米国ウェストバージニア州ポイントプレザントとオハイオ州カナウガの間、オハイオ川にかかる国道35号の橋
- 構造
- アイバーの鎖で吊る吊り橋。1927年に設計、1928年に開通。鎖の各リンクは熱処理した 2×12 インチの棒2本の組
- 被害
- 橋の上の37台のうち31台が橋とともに落ち、46人が死亡、9人が負傷
- 起点
- オハイオ側の北の鎖の継手 C13N にあるアイバー330の、目玉の下側
- 調査
- 米国 国家運輸安全委員会(NTSB)報告書 NTSB-HAR-71-1、米国 国立標準局(NBS)の金属調査報告
事故の経過と調査の結論
崩落は午後5時ごろに起こりました。NTSBによると、北の鎖が切れたあと、崩壊は約1分で橋全体に広がりました。
NTSBは、崩落の原因を、継手C13Nのアイバー330の目玉の下側で起きたへき開破壊だとしました。この破壊は、約40年の供用の間に、応力腐食と腐食疲労の共同の作用で臨界の大きさのき裂ができたことによるとしています。き裂の場所は目視で点検できず、継手を分解しない限り、当時知られていたどの検査方法でも見つけられなかったとしています。
材料の側から見た原因の連鎖
アイバーの鋼は、約0.6%の炭素を含み、マンガンのほかに目立った合金元素のない炭素鋼で、水焼入れのあと約1150〜1200°F(約620〜650℃)で焼き戻されていました。
米国 国立標準局(NBS)の金属調査では、目玉の下側の破壊は、穴の表面にあった深さ1/8インチ(約3.2 mm)未満の既存のき裂から始まっていました。き裂の起点はどれもひどく腐食した所にあり、近くには割れに関わらなかったき裂も多数あって、その多くは酸化物で埋まり、長い間引張応力で開いていたことを示していました。目玉の下側は目立った塑性変形なしに割れ、上側はそのあと大きな曲げの変形を伴って、過大な荷重で壊れたとされています。
大学の教材(英国オープン大学)は、アイバーの鋼は事故の夜の氷点に近い温度で靭性が低く、脆性破壊を起こしやすかったと説明しています。小さなき裂でも、靭性が低いと臨界の大きさになります。各リンクは2本1組で、1本が割れると残りの1本がピンから外れ、冗長性のない構造は全体の崩壊に至りました。
原因の見方について: NTSBは、き裂を育てたのは「応力腐食と腐食疲労の共同の作用」だとしています。一方、国立標準局の報告の第1部は、き裂の性質がほかの鋼の応力腐食によるき裂と似ていて、疲労よりも応力腐食によると考えられる、としています。
どの手がかりで原因がわかったか
- 目玉の下側は、目立った塑性変形なしに割れていた 破断部の変形: ほとんどない(破片がぴったり合う)
- 起点の破壊はへき開破壊だった(NTSB) 破面・き裂の見た目: 平らで光る小さな面(へき開)やリバーパターン
- 起点には深さ約3 mm未満の既存のき裂があり、近くの多くのき裂は酸化物で埋まっていた 破面・き裂の見た目
- アイバーの鎖は橋をつり下げていて、いつも引張の荷重を受けていた(大学の教材) かかっていた荷重: 一定の荷重(自重・内圧・締付けなど)
- アイバーは熱処理した炭素鋼だった 材料: 一般の炭素鋼・低合金鋼
- 事故の夜は氷点に近い気温だった(大学の教材) 使っていた温度: 低温(0℃付近より低い)
- 目玉の穴の底には水がたまりやすく、引張の残留応力と腐食の環境が重なった(大学の教材) まわりの環境: 水・湿気・結露
- 約40年使われた構造だった 壊れるまでの期間: 数年以上
この手がかりで診断ナビを開くと、最後の割れ方である脆性破壊が最上位になり、水素ぜい化と応力腐食割れが続きます。外から見える手がかりだけではこの2つを分けられず、起点のき裂そのものを調べて初めて機構がわかります。この事故では、国立標準局の金属調査が、き裂は疲労よりも応力腐食によると考えられるとしています。
その後に変わった設計・規格・検査
- 1968年8月23日の連邦補助道路法が、運輸長官に全国の橋の点検の基準(点検の方法・最大の間隔・点検員の資格)を定めるよう求めました。
- 1971年4月27日に全国橋梁点検基準(NBIS)が規則になり、橋と部材を少なくとも2年に1回点検することになりました。
- 1988年に、1つの部材が壊れると橋が崩れるおそれのある部材(フラクチャー・クリティカル部材)をもつ橋の点検の要件が加わりました。
- NTSBは、破壊の機構の研究、1968年の法律の橋の安全の要件を全ての道路橋に広げること、補修のための連邦の補助を勧告しました。
学べること
- 最後の脆性破壊の破面だけでなく、起点の小さなき裂の機構(この事故では応力腐食など)を調べて、初めて原因がわかります。
- 靭性の低い材料では、数mmのき裂でも致命的になります。き裂の大きさと靭性の両方で安全を考えます。
- 1つの部材が壊れると全体が崩れる冗長性のない構造では、小さなき裂も見逃せません。
- 目視で点検できない場所の損傷は、点検の回数を増やしても見つかりません。点検できる形にすることも設計の一部です。
- 設計した1927年には、この種の橋の材料が田園地帯の大気のような環境で応力腐食や腐食疲労を起こすことは知られていませんでした。古い構造物は、新しい知見で評価し直す必要があります。