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| 대표적 현수교인 미국의 금문교. |
橋梁 / Bridge
1 정의
어떠한 것을 넘어가기 위한 고가 구조물.
여기서 어떠한 것에는 냇가, 골짜기, 계곡, 강, 바다와 같은 자연지형부터 도로, 철로, 건물 등 위로 건너갈 수 있을 법한 것들이 거의 들어간다.
교량을 시공할 때는, 해당 구역을 매우는 것보다 교각을 세워 건너가는 것이 더 경제성이 있을 때 시공을 결정하게 된다. 여기서 경제성이란 단순히 직접 현금으로 환산되는 가치 뿐 아니라 생태계 보존과 심미성 등의 가치도 포함된다.
2 종류
일반적으로 다리의 형태나 용도에 따라 주로 나눈다.
2.1 형태
2.1.1 배다리(Pontoon Bridge)
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말 그대로 배로 만드는 다리. 한자어로는 주교(舟橋)라고 하며, 물 위에 둥둥 떠있다고 하여 부교(浮橋)라고도 한다. 유속이 빠르면 쓰기 어렵다. 정식 다리가 아니고 잠깐 쓸 용도로 급조하는 다리다. 배들을 촘촘히 깔고 그 위에 널판지를 깔거나 아니면 그냥 넘어다닌다. 전투공병 전역자들은 부교 하면 이가 갈린다(...) 리본부교 참조. 더욱 단순한 형태로는 뗏목을 엮어서 만든 떼다리, 널빤지로 만든 널다리가 있으며, 이것을 한자어로 한 벌교(筏橋), 판교(板橋)는 각각 벌교읍과 판교동의 지명 유래가 되었다.
2.1.2 슬래브교(Slab Bridge)
특별한 구조물 없이 슬래브(바닥판)와 교각, 교대로만 구성된 교량. 가장 기초적인 형태의 교량이다. 시골길이나 동네에 흐르는 조그마한 하천을 통과하기 위해 주로 지어진다. 의외로 주변에 많다. 아기는 보통 이곳에서 생기거나 황새가 물어다 준다 카더라.
2.1.3 거더교 - 형교(桁橋; Girder Bridge)
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| 마포대교. | 천호대교. |
흔히 아무런 구조물이 없는, 그냥 다리라고 생각하면 된다. 다릿발(교각)을 촘촘히 세우고 거기다가 대들보(Girder)를 놓고 그 위에 상판을 올려놓는 방법이다. 다리 밑으로 가서 보면 상판과 다릿발 사이 구조물이 바로 그것. 싸고 쉽게 만들 수 있으나 모양새가 밋밋하기에 멋이 없다. 또한, 다릿발 간격이 좁고 교량의 높이가 낮은 편이라 선박운행에 제한이 따르기 쉽다. 수심이 깊고 유속이 빠른 곳과 같이 다릿발 만들기 까다로운 지역도 존재한다. 대표적인 교량으로는 부산의 남항대교, 잠실대교를 비롯한 한강의 대부분의 교량들, 그 외 수많은 고가도로 및 과선교 등을 들 수 있다. 공학적으로는 가장 안정적인 모양새라 유지보수 비용도 가장 적다. 즉 다리 아래쪽 공간에 뭔가 큰 게 지나가야 하는 경우나 랜드마크를 만들어야 하는 경우 또는 다릿발을 세우는 비용이 지나치게 높은 경우가 아니라면 무조건 거더교.
거더 단면 모양에 따라 주로 박스거더와 I-Beam거더로 나뉘며, 사용 기술 또는 재료[1]에 따라 PSC거더, 철근 콘크리트거더, 강거더로 나뉘고, 합쳐서 강박스거더[2], PSC 박스거더 등으로 불리기도 한다.
다만 박스거더의 경우 철근 콘크리트를 이용한 경우는 극히 드믈며, 강재를 I-Beam에 적용하는 경우도 드물다.
2.1.4 트러스교(Truss bridge)
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| 한강철교. | 성산대교. |
주로 철재 막대기를 삼각형으로 엮어 구조물을 만든 것을 트러스(Truss)[3]라고 하는데 교량에 트러스를 이용해 다리의 하중을 견디게끔 만든 것이다. 한강철교를 떠올리면 된다. 트러스를 크게 만들기 어렵기 때문에 교각 수는 거더교와 아래 서술하는 교량의 중간 정도. 비틀림 등의 이유로 상판의 폭을 넓게 벌리기 어렵기 때문에 도로용 교량보다는 철도 교량으로 많이 만들어진다. 한강철교, 동호대교, 성수대교, 마곡대교, 성산대교가 트러스교다.
2.1.5 아치교(Arch Bridge)
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| 한강대교. | 시드니 하버 브릿지. |
현대의 아치교는 주로 철제로 만든 아치(arch) 구조물로 하여금 하중을 견디게 만든 교량이다. 때문에 트러스교와 일정정도 혼재된 형태이기도 하며 쉽게 말하자면 크고 아름다운 둥근 구조물에 얹힌 다리. 유명한 시드니 하버브릿지가 바로 아치교다. 한강대교, 동작대교, 부산대교, 신호대교를 예로 들 수 있다. 미적으로 아름다운 모양새가 나오지만 수로의 가장자리를 지나는 선박이 아치에 충돌할 위험이 있고[4] 교량의 길이에 제한이 가해지는 단점이 있다. 억지로 크게 만들면 사장교보다도 긴 경간 거리를 달성할 수는 있지만 위의 하버브릿지 처럼 제대로 돈지랄이 된다. 그리고 엄청나게 더 길게 짓기도 힘들고... 길어져봤자 거기서 거기다. 아치 구조물을 건설하는 비용은 같은 길이의 강철 케이블보다 훨씬 비싸다. 부분적으로 아치교 형식을 띄는 곳도 있는데, 방화대교, 서강대교가 대표적이며 양화대교도 한강르네상스 사업에 따른 개조로 부분적으로 아치교가 되었다.
다만 아치구조의 경우 구조역학적으로 보면, 힘의 작용각도만 잘 맞춰줄 경우 부재에 거의 축력만 작용하도록 할 수 있다는 장점이 있다. 즉 힘의 분산이 잘 된다.
2.1.6 라멘교(Rahmen Bridge)
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아주 쉽게 설명하자면 통짜 교량이다. 다릿발과 상판을 따로 만들어 조립하는 게 아니라 일체로 만드는 것. 제일 쉽게 찾아 볼 수 있는게 고속도로 아래 굴다리다. 태백선 조동철교처럼 크고 아름답게 지을 수도 있다. 블로그 참조. 특별한 경우가 아니면 모양이 너무 투박해 멋이 없는 편이고 교량 유지보수 측면에서도 그다지 이점이 없어 크고 아름다운 다리를 만들어야 할 때는 별로 잘 이용되지 않는다.
무엇보다 지진에 취약하다. 그 이유는 아무래도 통짜로 만들다보니 교각과 교량 상판구조가 그대로 연결되는데, 이러한 연결부에서는 수평력과 수직력의 전환이 쉽지 않는 등의 이유로 응력집중 현상이 발생하기 쉽다. 이러한 구조적 취약점에 주기하중이 극적으로 가해지는 지진이 오게되면 그대로...깨져버린다.
2.1.7 엑스트라도즈교(Extradosed bridge)
파일:750px-78QiancaoExtradosed copy.jpg
굳이 말하면 짧은 사장교. 상부구조와 하부구조 결합한 것
전체적 외관은 사장교와 비슷하지만 주탑이 낮고 경간이 사장교에 비해 짧은 것이 특징이다. 주로 케이블에 의해 지지되는 사장교에 비해 비교적 보강거더가 받는 힘이 큰 편. 사실상 보강거더라는 용어가 거더에게 실례될 정도다.[5]
경간은 PSC 거더교와 사장교 사이정도가 경제성이 있다고 판단되는 것이 특징이다. 따라서 그 위치가 굉장히 애매하다. 또한 미관상으로도 크고 아름다운 사장교에 비해 주탑이 짜리몽땅하고 케이블 수도 적어서 역시 애매하다.
다만 사장교에 비해 당연히 작으니까경제성이 좋고[6] 심미적으로는 거더교에 비해 뛰어난 편이다 보니 선택되는 경우가 더러 있다. 또는 갑자기 수심이 깊어지는 구간이 있는데 교각을 놓기 애매하다보니 엑스트라 도즈교로 설계되는 경우도 더러 있다.
대표적인 예로 동해고속도로 범서대교가 있다.
여러모로 애매하다.
2.1.8 사장교(斜張橋; Cable-Stayed Bridge)
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| 러시아 루스키 대교(Russky Bridge) 세계 최장 사장교이다. | 목포대교. |
커다란 주탑을 세우고 상판을 주탑에 케이블로 달아놓은 교량. 외관상 현수교와 비슷하지만, 상판을 지지하는 케이블이 교각 구조물(주탑)에 직접 붙어있다는 차이점이 있다. 크고 아름다울 뿐 아니라 주탑간 거리가 멀고 상판높이도 높여 대형선박이 지나가기도 좋다. 요즘 대한민국 대형교량의 대세. 세계적으로도 선박이 통행해야 하는 수로 위에 다리를 놓을 경우 첫번째로 고려하는 방식이다. 대표적인 교량으로 인천대교, 올림픽대교, 서해대교, 부산항대교, 거가대교, 삼천포대교, 목포대교, 칠산대교 (2019년 완공 예정)가 있다. 러시아 블라디보스토크의 루스키 대교가 세계에서 가장 긴 사장교로 알려져 있다. 현수교보다 값싸게 만들 수 있지만 경간 거리가 현수교보다 제한되는 단점이 있다. 그래도 아치교[7]나 현수교를 제외하고 경간 거리를 가장 길게 만들 수 있는 방식이다.
2016년 7월 8일 오전 11시경, 공사중인 칠산대교의 구조물 상판이 기운 사고가 발생하였다. 자세한 것은 칠산대교 구조물 붕괴사고를 참고 바람.
2.1.9 현수교(懸垂橋; Suspension Bridge)
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| 영종대교. | 세계 최장 현수교인 일본 아카시대교. |
미국의 금문교같이 주탑과 앵커에 주케이블을 늘어지게 달고 교량을 주케이블에 케이블로 매단 형태의 교량. 계곡 사이에 놓은 구름다리 역시 현수교의 일종이라 할 수 있다.[8]
크고 아름답기도 하거니와 주탑간 거리가 가장 긴 교량이다. 일본의 아카시대교의 주탑간 거리는 1,991m이고 대한민국의 이순신대교는 1,545m이다. 인천대교(사장교)의 주탑간 거리가 800m인걸 보면... 이런 주탑간 거리는 건설기술의 자랑 상징과도 같아서 관심도가 높은 부분이다. 대한민국의 대표적 현수교는 광안대교, 울산대교, 남해대교, 이순신대교, 영종대교가 있다. 단점은 주케이블을 놓는 비용이 사장교에 비해 비싸다는 것이다. 그래서 요즘에는 어지간해서는 사장교를 건설하는 추세. 유지보수 측면에서도 사장교는 케이블에 문제가 생기면 그것만 교체가 가능하지만 현수교는 만에 하나 주케이블에 문제가 생길 경우 다리 자체를 포기해야 한다. 바람의 영향을 가장 많이 받는 교량 형태이기 때문에 공학적인 난이도가 가장 높다. 이 바람 때문에 무너진 다리가 그 유명한 미국의 타코마 다리.
다른 교량에 비하여 설계가 어렵다. 실질적으로 우리나라 최초의 현수교인 영종대교 설계시에 일본의 도움을 받았는데 일본 기술자들의 거만함을 견디다 못한 우리나라 엔지니어가 백지 상태에서 현수교 설계 프로그램을 개발하고는 소스를 공개하고 심신이 황폐해져서 미국으로 이민을 갔다는 도시 전설이 전해온다.
2.1.10 가동교
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| 이엽 도개교. | 전개교. |
다리 밑으로 통과하는 선박을 위해 만든 교량. 교량이 건설된 지리적, 환경적 요인으로 다리 높이가 제한적일수 밖에 없는데, 이로 인해 선박통행이 어려워질 경우, 다리를 움직여서 선박통행을 가능케 하는 교량을 통틀어 가동교라고 한다. 대표적인 가동교는 도개교로 상판을 나누고 평상시엔 그대로 쓰다가 선박의 통행이 필요할때에는 일정 시간동안 교통을 통제하면서 상판을 양쪽으로 들어올려 유람선같은 대형 선박이 통과할 수 있게 만든 교량이다. 영국의 타워 브리지가 가장 대표적. 국내에는 영도대교가 있다.
일엽 도개교.(Drawbridge) 배가 지나갈 때, 다리의 한쪽이 들어올려져 통행이 가능하도록 만든 다리.
이엽 도개교.(Bascule bridge) 배가 지나갈 때, 다리가 양쪽으로 들어올려져 통행이 가능하도록 만든 다리.
접식교.(Folding bridge) 다리가 여러 마디로 나뉘어 있어 배가 지나갈 때, 한쪽으로 접히는 형식의 다리.
전접교.(Curling bridge) 다리가 여러 마디로 나뉘어, 배가 지나갈 때 한쪽으로 말리는 형식의 다리.
승개교.(Vertical-lift bridge) 배가 지나갈 때, 다리가 다리기둥에 설치된 기둥을 타고 위아래로 오르내리는 다리.
탁자교.(Table bridge) 승개교와 유사하나, 교각 안에 있는 기둥에 의해 상판이 오르내리는 다리.
수납교.(Retractable bridge) 배가 지날 때 한쪽으로 상판을 수납하는 형식의 다리.
전개교.(Rolling bascule bridge) 도개교와 유사하나, 가동부에 축 대신 '랙 앤 피니언'을 사용하는 다리.
잠수교.(Submersible bridge) 배가 지날 때 상판이 물 밑으로 가라앉는 다리.
비경교.(Tilt bridge) 다리를 기울임으로써 배가 지나갈 공간을 확보하는 다리.
선회교.(Swing bridge) 상판이 기둥에 설치된 피벗 구조물을 중심으로 회전하는 다리.
운반교.(Transporter bridge) 케이블카 같은 구조로 차량 등을 실어 옮기는 다리.
2.1.11 흔들다리
나무판자로 다리의 모양을 잡고 줄로 형태를 고정하는 다리. 설치 비용은 싼 편에 속하지만 나무와 줄로 만드는 이상 내구도가 낮은 편이며 매우 흔들거리기 때문에 강풍이라도 불면 위험해진다.
2.1.12 기타 교량의 형태
근데 판교, 벌교는 교량의 형태가 맞는다는 게 함정
2.2 기타
- ↑ PSC와 철근 콘크리트는 본질적으로 같은 재료이나 기술이 다르므로
- ↑ 흔히 고가도로 등에서 많이 볼 수 있는 녹색교량이 이거다.
- ↑ 구조공학적으로는 부재와 부재를 힌지 절점으로 연결하여 부재에 대한 수직력이 전달 되지 못하도록 하고, 작용하는 힘 역시 이 절점에만 작용하도록 하는 구조체를 트러스라고 한다. 이렇게 가정되면 부재는 휨과 전단력을 전혀 받지 않고 축력만 받게 되는데 이는 역학적으로 매우 효율적이다. 물론 실제로는 부재 자체의 자중, 힌지 절점의 이상적 가정과 현실과의 괴리 때문에 완벽하게 축력만 작용하지는 않는다. 그나마도 과거에는 최대한 이상적 가정과 가까이 만들었으나 요즘은 그냥 볼트로 연결하거나 아예 용접(...)해버린다.
- ↑ 교각은 배의 높이가 얼마든 그리로 가면 반드시 부딪히기 때문에 당연히 피해가지만 아치교의 경우 배의 높이(특히 굴뚝)를 잘못 계산하거나 물살에 떠밀려 수로의 가장자리로 밀려날 경우 배의 상부 구조물이 아치에 부딪히게 된다. 즉 심리적인 문제.
- ↑ 주로 70%는 거더 30%는 케이블에 지지된다. 아무튼 케이블이 차지하는 비중이 비교적 적다보니 케이블을 시공한 뒤 통째로 콘크리트 판으로 덮어버린 다리도 있다. 스위스의 Ganter 교가 그것.
케이블 따윈 장식입니다. - ↑ 물론 현장사정에 따라 바뀔 수 있다. 예를 들면 수심이 너무 깊다던지...
- ↑ 비용을 생각하지 않을 경우.
- ↑ 사실 구름다리가 현수교의 시초이다.