교량

교량(橋梁)이란 교통로, 수로(水路)등이 하천, 계곡, 움푹 꺼진 땅 등 통로의 기능을 저해하는 것에 직면했을 경우 이것을 넘기 위한 목적으로 만들어지는 각종 구조물을 말한다. 보통 시내나 강을 건너는 다리를 말한다.

개요

교량은 인류 초기에 유랑민들이 이동하는 도중에 계곡 건너편으로 이동하거나 건너편의 동물들을 잡으려고 계곡에 우연히 넘어져있는 통나무를 이용하는 등의 단순한 형태에서 발전한것이다. 오늘날의 교량은 하천에 흐르는 수량이나 수위를 측정하는 기능까지 겸비하였고 현대에 있어 교량은 인간공동체의 생명선의 의미를 갖게 되었다. 교량은 차의 통행 뿐만이 아니라 문화의 교류 등 인류 생활에 없어서는 안될 존재가 되었다.

역사

교량은 인류 문명의 시작부터 함께였다고 할 수 있다. BC4000년 경 메소포타미아 문명시기에 교량을 건설했다는 기록이 남아있다. 특히 로마시대에는 각종 사회기반시설과 더불어 많은 교량이 건설했다는 기록이 남아있다. 특히 로마시대에는 각종 사회기반시설과 더불어 많은 교량이 건설되었다. 대표적인 교량으로는 프랑스 남부 위제스 부근에 있는 가르교이다. 3층의 아치 구조로 된 이 교량은 원래 목적은 상부에 설치된 수로를 통해서 인근도시에 물을 공급하는 것인데 이러한 수로교는 지금도 유럽 각지에 많은 수가 존재하고 있어서 로마시대 교량기술자들의 굉장한 기술을 엿볼수 있다. 로마제국은 광할한 영토를 유지하기 위해서 유럽 각지에 많은 교량과 도로, 상수도 시설 등을 건설하였고 현재는 많은 구조물이 세계문화유산으로 남아있다. 이 교량들이 2000년 동안이나 무게를 견디고 버틸수있었던 이유는 로마 교량기술자들의 시공능력에 있다. 로마시대의 대표적인 교량의 구조형식은 석조아치교 형식으로 가르교도 마찬가지로 석조아치교 형식이다. 당시에는 돌조각을 붙이는 접착제가 없었기 때문에 조각의 모양을 정확히 원호의 모양으로 일정하게 깎아야만 아치구조의 모양을 유지하고 힘을 받을 수 있다. 아치구조 교량에서 제일 중요한 것은 가운데 돌조각인데 아래부터 조각을 하나하나 쌓고 마지막에 이 돌을 끼우면 자체적으로 평형이 이루어지고 상부의 힘을 받을 수 있다.

구조

상부구조

상부구조는 교대나, 교각위에 있는 구조를 말하며, 보통 어떤 구조를 사용하느냐에 따라 교량의 종류가 결정되는데 일반적으로 거더, 슬래브 등으로 구성되어있다. 교량의 형식을 결정짓는 것은 주부재의 모양에 의해서 결정이 된다. 주부재란 교량에서 힘을 가장 많이 받는 부재를 말한다. 주부재가 거더인 경우를 거더교, 아치인 경우를 아치교, 트러스인 경우를 트러스교라 하며, 케이블로 지지되는 경우에는 케이블교라고 한다. 가장 많이 쓰는 형식은 거더교이다. 슬래브는 상부에 차량등이 다닐 수 있는 바닥판을 말한다. 슬래브 위에 차량이 다닐수 있도록 포장을 하고 난간이나 중앙 분리대등을 설치한다.

하부구조

하부구조는 상부구조에서 작용하는 하중을 지반에 안전하게 전달하는 역할을 한다. 교대와 교각을 의미하고 교대는 교량의 시종점부의 상부구조를 지지하고 교대 뒷면의 토사를 지지하는 역할을 한다. 교각은 교대사이의 상부구조를 지지하는 기둥형식의 구조물으로 중간 받침을 말한다. 교각 밑에 지반상태에 따라 직접기초, 말뚝기초, 우물통기초등 형식이 결정된다. 하부구조는 견고한 지반위에 설치해야 하는데 지반이 견고하지 않으면 침하 등이 발생하여 교량 전체에 안좋은 영향을 준다.지방상태가 좋으면 직접기초를 사용한다. 하지만 암반층이 더 밑에 있으면 말뚝이나 우물통으로 암반층 까지 교각에서 받는 힘을 암반층으로 전달해준다. 하부구조들은 기초부를 넒게 확대하는데 상부의 하중을 넒은 면적으로 분포시켜 단위 면적당 하중을 줄임으로서 보다 안전하게 상부의 하중을 지반으로 전달하기 위함이다. 만약 기초 지반이 충분히 견고하지 않은 경우에는 기초지반을 보강하거나 말뚝 등을 이용하여 하부의 더욱 견고한 지반/암반으로 하중을 전달하여 교량을 안전하게 지지할 수 있도록 해야한다.

부대시설

부대시설은 교량받침, 신축이음 장치, 포장 난간 등 방호시설, 가로등, 차선/표지판 등의 교통시설, 점검시설 등을 말한다. 교량을 더욱더 편리하게 안전하게 이용할 수 있게 해주는 구성요소를 말한다. 교량받침은 상부구조를 받쳐주는 장치로 차량의 하중, 온도, 지진에 의한 상부구조의 움직임을 허용/제어함으로써 이와 관련된 상부구조의 응력을 줄이기 위하여 설치한다. 교량의 시종점부에는 온도에 의해 교량이 팽창, 수축하는 길이를 고려하여 간격을 두는데 이러한 간격이 늘어나거나 줄어들어도 차량이 안전하게 지나갈 수 있도록 신축이음장치를 설치한다. 보통 교대부에 설치하나 긴 교량의 경우 교량 전체의 신축량이 매우 커지기 때문에 이경우에는 교량 중간에 신축이음장치를 추가 설치하기도 한다.

종류

거더교

거더교는 들보의 성질을 이용하는 교량으로 외부의 차륜하중을 부재내의 휨과 전단 또는 비틈저항에 의하여, 지점으로 전달시킨다. 거더교에는 단순교, 연속교 및 게르버교 등이 있다. 게르버교는 힌지의 구조적 문제 때문에 근래에는 피하는 경향이 있다. 합성형교는 서독을 중심으로 개발된 거더교의 특수한 형태이다. 주형과 콘크리트 슬래브와 일체로 거동할 수 있는 구조형식으로 합성형으로 시공을 하게되면 단면의 강성이 커지게 되 훨씬 효과적으로 부재를 사용할 수 있다. 강재 상부 플랜지의 압축 좌굴 문제등을 고려하지 않아도 된다. 표준 도로교 시방서에서는 합성형인 경우에 압축 플랜지의 좌굴을 고려하지 않고 인장부재와 마찬가지로 전허용응력을 사용할 수 있게 했다. 또한 합성형교는 활화중 합성형과 사하중/활화중 합성형으로 나뉜다. 활하중 합성형은 코크리트 슬래브의 자중은 강재가 부담하고, 활하중만을 합성형이 부담하도록 하는 방법이고 대부분의 합성형에서 적용된다. 사하중/활하중 합성형은 사하중, 활하중 모두를 합성형이 부담하도록 하는 방법이며, 콘크리트 슬래브 타설시 지점사이에 동바리등을 놓아 하중을 일시적으로 지지한다.

현수교

19세기 후반 들어 Roebeling에 의해 브루클린교등 근대 현수교가 완성된 이후에 20세기에는 현수교의 전성기가 시작되었다. 여러 시행착오를 반복하여 오늘날 장대교량 형식이 완성되었다. 현수교는 교상이 하중을 견디는 케이블에 매달려 있는 다리로, 다리 양끝 땅속에 고정되어있는 주탑에 의해 케이블이 지지된다. 현수교는 케이블에 의해 지지되는 형식이며 현수교 내에서 교량의 하중을 다른 고정체에 연결시키거나 스스로 균형에 의해서 지지하는 방식이다. 현수교의 주 케이블 형상은 아치교와 유사하나 인장력만을 받는다는 점에서 크게 다르다. 전형적인 현수교는 경간수 및 보강형의 지지조건에 따라 단경간 현수교, 3경간 단순지지 현수교 및 3경간 연속지지 현수교, 다경간 현수교 등으로 나눌 수 있다. 또한 보강형의 형식에 따라 트러스 형식 및 박스형식 등으로 나눌 수 있다. 대부분의 현수교는 주케이블을 앵커리지에 고정시키는 타정식이지만 최근들어서는 보강형이 주케이블을 지지하는 자정식 현수교도 시도되고 있다. 다리길이가 400m이상인 경우에는 트르스교나 사장교 보다 더 경제적인 우위를 가진다. 국내의 대표적인 현수교는 울산대교이다. 울산대교는 세계에서 20번째로 긴 다리로 유명하다. 그 밖에 광안대교, 남해대교, 영종대교가 있다.

라멘교

라멘교란 교량의 상부구조와 하부구조를 강절로 연결함으로써 전체구조의 강성을 높임과 동시에 지간내에 발생하는 휨모멘트의 크리를 줄이는 대신 이를 교대나 교갹이 부담하게 하는 교량이다.이러한 형태의 교량은 50m지간까지 신축이음이나 지 압판이 없이 가설이 가능하다. 라멘교는 라멘을 이용하여 만드는 교량 건축 양식인데 라멘이란 골조를 구성하는 막대 단위의 단위재인 '부재'들 간 접합점이 고정되어 있는 구조 형식이다. 기둥과 보가 접합되어 연속적으로 만들어진 골조이고 평면 계획상에 자율적으로 배치가 가능하며, 넒은 개구부 및 공간 확보가 용이하여 근대 고층건축에 자주 적용되고 있다. 라멘교는 기둥과 보가 강결로 연결되어 있어서 일체로 구성되어 있다. 일체로 구성되있기 때문에 끝 점과 끝점의 거리가 짧은 구간에서만 라멘교 양식을 사용할 수 있다. 주로 도로나 차도 굴다리에서 발견할 수 있다. 라멘교는 교량받침에 대한 보수가 필요없으며 강성이 우수하다. 하지만 일체형인 성질 때문에 거리가 먼 곳에서 라멘교를 통해 연결하는 것은 한계가 있다.

트러스교

트러스교는 삼각형을 이용한 다리구조이다. 트러스교에서 트러스는 몇개의 직선으로 연속된 삼각형으로 조립한 것을 의미한다.즉 트러스교는 곧은 부래를 주재 끝부분에서 마찰이 없는 힌지로 결합한 삼각형의 뼈대 구조를 기본으로 하여 교량에 적함한 구조물로 조립한 것이다.트로스교가 고안된 초기에 부재와 부재의 핀 결합이라는 이론상의 가정을 가급적 만족하도록 설계하였다. 핀 결합된 트러스는 전체의 강성이 적으며 오랫동안 교통하중이 반복하여 작용하면 아이바의 구멍이 마모되기 때문에 타원형으로 넒어져서 핀 결합으로서의 기능을 다하지 못하고 내구성 면에서 좋지 않았었다. 그래서 근래에는 격점부를 용접 또는 고장력 볼트로 결합한 강결 트러스가 주로 사용되고 있다. 트러스교는 삼각형의 안정적인 구조와 경량의 재료로 만들어진 각 부재들의 단면이 작아 운반이 용이하고, 산간지역과 같이 부재 이동이 어려운 곳에 건설하기 적합하다. 국내 대표적인 교량으로는 성산대교, 성수대교, 마곡대교 등이 있다.

아치교

아치교는 고대 로마 시대부터 돌로 건설되어 온 오래된 양식이다. 아치 구조는 축력 즉 부재 중심에 작용하여 축 방향에 적용하는 힘에 효율적인 구조이다. 축력에 효율적인 이유는 아치에 작용하는 수평반력 때문이다. 아치구조의 위쪽에서 압력이 가해지면 구조물은 옆으로 벌어지려고 한다. 이때 벌어지는 것을 받침 구조가 방지해주면서 수평반력이 발생하게 된다. 이 수평반력은 휘는 것을 방지하며 축력으로 변한된다. 아치교는 현수교, 사장교 다음으로 길게 건축할 수 있으며 계곡이나 해협에 적합한 양식이다. 또한 무지개 같은 반원형의 형상을 하고 있는 곡선 때문에 다른 다리 건축 양식보다 심미성으로 뛰어나다. 국내 아치교는 암사대교, 서강대교 등을 예시로 들 수 있다. 신사리대 경주불국사의 청운교, 백운교에서도 아치교 양식을 볼 수 있다.

• 타이드 아치교 : 지점상의 횡변위를 타이드 바가 잡아주는 구조 형식 대표적으로 한강대교가 있다.
• 랭거 아치교 : 아치부가 축력만을 받도록 설계되는 형식으로 동작대교 철도교 구간에 있다.
• 로제 아치교 : 아치부가 축력과 휨에 저항하도록 설계하는 방식이다.
• 닐센 아치교 : 아치부의 행거가 케이블로 이루어져 있으며, 약간 경사지게 배치되는 형식이다. 대표적으로 서강대교가 있다.

사장교

사장교는 1784년에 세상에 처음으로 교량으로서 모습을 선보였다. 1818년과 1824년에 두 개의 교량이 연속해서 붕괴되면서 발달이 지체되었다가 1955년 스웨덴에 스톰선드교가 건설되면서 다시 교량 기술자들에게서 각광을 받아왔다. 사장교는 탑에서 비스듬히 친 케이블로 다리를 지지하는 양식이다. 사장교의 경우 폭이 넢은 강이나 깊은 계곡 등에 적합한 양식이다. 연속 트러스교 또는 아치교에서는 그 경간이 장대해지면, 사하중이 급격히 증가하며 결국 적용한계에 달하게 된다. 그래서 경간의 장대화에 수반하는 사하중 줄이기 위해서 고안된 것이 사장교이다. 사장교를 설계할 때 고려해야할 점들은 케이블의 배열 및 장력, 케이블 수, 주탑 및 보강형에 케이블이 정착되는 위치, 탑 기초부의 지지조건, 탑과 케이블의 결합조건이다. 사장교는 외관이 아름다우나 내풍성에 약하다. 국내의 경우 대표적인 사장교는 서해대교, 삼천포대교, 진도대교, 인천대교, 목포대교 등이 있다.

철도 교량

국내 철도교량은 1899년 9월 18일 노량진에서 제물포를 연결한 경인선이 우리나라 최초 철도 노선 교량으로 그 이후 강교량과 콘크리트 교량, PSC 콘크리트 교량 등 다양한 재료를 사용한 교량이 다양한 형식으로 건설되어져 왔다. 철도건설 초창기부터 세계적으로 일반적인 교량 재료의 개발이이미 되어있어서 현재와 다르지 않은 강재와 철근콘크리트 등의 사용이 가능하였다. 따라서 대부분의 교량 형식의 변천은 진전된 새로운 연결 재료, 고강도 재료, 강선 등의 등장 등에 의해 조금씩 변경되었다.

현황

한국을 비롯한 미국, 일본, 유럽 등 대부분의 선진국은 주요 인프라 시설이 구축되어 있다. 이에 따라 새로운 교량에 대한 건설 투자는 점차적으로 감소하고 잇다. 반면에 건설한 지 40~50년을 넘긴 교량들에 대한 대체 수요는 꾸준할 전망이다. 동남아시아, 남미 , 중동, 아프리카 같은 지역에서는 국토 인프라 구축으로 교량의 건설의 요구가 계속될것으로 보이고 있다.

전망

안전하고, 경제적이며, 기능적이고, 아름다운 교량에 대한 국가와 사회의 요구는 교량기술을 끊임없이 발전시키고 있다. 구조 및 설계 측면에서는 진동 및 내풍 특성에 관한 연구와 새로운 구조 형식 및 합리적인 설계방법이 요구되고있으며, 재료적인 측면에서는 좀 더 가볍고, 강하고, 내구성 있는 재료를 개발하는 것이 필요하다. 카본섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등 섬유보강복합재료(FRP, Fiber Reinforced Plastic)는 이미 일부 적용되고 있다. 시공 및 유지관리 측면에서는사물인터넷를 비롯해 여러 가지 4차산업 기술의 접목이 더해질 전망이다. 이미 드론을 이용한 점검 및 현장 조사가 적용되고 있으며, 각종 사물인터넷센서를 이용한 기술이 시공 및 유지관리에 적용되고 있다.

참고자료

• 박문호, 〈세계교량건설의변천사와의미〉, 《한국건설기술관리협회》
• khugnews, 〈[제241호 과학학술: 교량의 원리교량은 어떻게 그 무게를 견딜까?]〉, 《경희대학교 대학원보》, 2020-04-06
• 썬로드, 〈1. 교량의 정의와 구성〉, 《썬로드의 교량이야기》, 2021-01-06
• 구조/교량, 〈교량의 구성 및 종류〉, 《Civil Engineering》, 2008-05-07</ref>
• 도혜현 기자, 〈교량의 종류(현수교, 라멘교, 트러스트교, 아치교, 사장교〉, 《울산항만공사 공식 블로그》, 2018-04-20

같이 보기

• 다리
• 교각
• 현수교
• 아치교

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산업 : 산업, 산업혁명, 기술, 제조, 기계, 전자제품, 정보통신, 반도체, 화학, 바이오, 건설, 유통, 서비스, 에너지, 전기, 소재, 원소, 환경, 직업, 화폐, 금융, 금융사, 부동산, 부동산 거래, 부동산 정책, 아파트, 건물 □■⊕, 토지 건물 건물 • 건축물 • 건폐율 • 고고익선 • 공작물 • 구조물 • 남향 • 동향 • 랜드마크 • 마천루 • 모듈러 주택 • 북향 • 새집증후군 • 서향 • 용적률 • 입면 • 집 • 채 • 층간소음 • 향 • 헌집증후군 건물 종류 가건물 • 가설물 • 가옥 • 감옥 • 경기장 • 고급아파트 • 고급주택 • 고시원 • 고시텔 • 고층건물 • 고층빌딩 • 고층아파트 • 고층주택 • 공공건물 • 공공주택 • 공관 • 공동주택 • 공연장 • 공장 • 공항 • 교도소 • 교회 • 구분건물 • 구축 • 구축건물 • 구축아파트 • 궁궐 • 궁전 • 귀틀집 • 근린상가 • 기숙사 • 기와집 • 남향건물 • 납골당 • 너와집 • 노후주택 • 농막 • 다가구주택 • 다세대주택 • 다중주택 • 단독빌딩 • 단독주택 • 대궐 • 대단지아파트 • 대형건물 • 대형마트 • 도서관 • 동물원 • 동향건물 • 롱하우스 • 마트 • 막사 • 맨션 • 모델하우스 • 모텔 • 목조건물 • 무허가건물 • 미등기건물 • 민간임대주택 • 민간주택 • 민박집 • 박물관 • 반값아파트 • 발전소 • 방송국 • 백화점 • 벽돌집 • 별장 • 병원 • 북향건물 • 불량주택 • 빌딩 • 빌라 • 빌라단지 • 살림집 • 상가건물 • 새집 • 서향건물 • 석조건물 • 성 • 성당 • 셰어하우스 • 소형건물 • 쇼핑센터 • 수목원 • 수상가옥 • 숙소 • 식물원 • 신축 • 신축건물 • 신축빌라 • 신축아파트 • 실버타운 • 썩빌 • 아파텔 • 아파트 • 아파트단지 • 액티브 하우스 • 양옥 • 여관 • 역 • 연립주택 • 오두막 • 오피스텔 • 움집 • 원두막 • 이동식 주택 • 일반아파트 • 일반주택 • 임대주택 • 임시주택 • 재건축아파트 • 재외공관 • 저층건물 • 저층빌라 • 저층아파트 • 저층주택 • 저택 • 전시장 • 전원주택 • 절 • 정자 • 제로하우스 • 조립주택 • 주상복합 • 주유소 • 주차타워 • 주택 • 주택단지 • 준주택 • 중층빌라 • 중층아파트 • 중층주택 • 지식산업센터(지산, 아파트형 공장) • 지하상가 • 집합건물 • 집합주택 • 창고 • 천막집 • 철탑 • 청사 • 체육관 • 초가집 • 초고층건물 • 초고층아파트 • 최고급아파트 • 충전소 • 컨테이너 하우스 • 타운하우스 • 판잣집 • 패시브 하우스 • 펜트하우스 • 하수처리장 • 학교 • 한옥 • 할인점 • 합숙소 • 헌집 • 헬스장 • 협소주택 • 호텔 • 휴게소 건물 구조 가벽 • 가족실 • 객실 • 거실 • 건넌방 • 경첩(힌지) • 계단 • 고층 • 골조 • 공동세탁실 • 공동화장실 • 광창 • 구들 • 굴뚝 • 기둥 • 기와 • 기초 • 난간 • 내력벽 • 내벽 • 다락 • 다락방 • 다용도실 • 단청 • 단층 • 담장 • 대들보 • 대리석 • 대문 • 대변기 • 대피공간 • 더그매 • 덕트 • 도배 • 드레스룸 • 라디에이터 • 로비 • 로얄층 • 마당 • 마루 • 목공벽 • 무빙워크 • 문 • 문손잡이 • 문지방 • 문짝 • 문틀 • 문틈 • 문패 • 미닫이문 • 바닥 • 바닥면 • 반자 • 반지하 • 발코니 • 방 • 방구들 • 방문 • 배관 • 번호키 • 베란다 • 벽 • 벽난로 • 벽면 • 벽장 • 벽지 • 벽체 • 변기 • 변소 • 별관 • 별채 • 보 • 보일러실 • 복도 • 복층 • 본관 • 본채 • 부뚜막 • 부엌 • 붙박이 • 블라인드 • 비내력벽 • 빌트인 • 사랑방 • 사랑채 • 상수도 • 상하수도 • 샤워부스 • 서재 • 세면대 • 세탁실 • 소변기 • 수납장 • 스위치 • 슬래브 • 식당 • 신발장 • 실외기실 • 씽크대 • 아궁이 • 아랫목 • 아치 • 안방 • 안채 • 양변기 • 에스컬레이터 • 엘리베이터 • 여닫이문 • 옥상 • 옥상공원 • 옥탑방 • 온돌 • 옷장 • 외벽 • 욕실 • 욕조 • 우물 • 우물형 천장 • 울타리 • 원룸 • 위생실 • 윗목 • 유리창 • 응접실 • 이중창 • 인터폰 • 장판 • 저수조(물탱크) • 저층 • 접지봉 • 정원 • 정화조 • 조경 • 조경수 • 조적벽 • 주방 • 주차장 • 주춧돌 • 중정 • 중층 • 지붕 • 지상층 • 지하실 • 지하층 • 쪽방 • 창 • 창고 • 창문 • 창틀 • 창호 • 처마 • 천장 • 천장고 • 철조망 • 체력단련실 • 초고층 • 초인종 • 층 • 층고 • 침실 • 카페트 • 칸 • 칸막이 • 커튼 • 커튼월 • 코인세탁실 • 타일 • 테라스 • 파우더룸 • 평면도 • 폴리싱타일 • 풍경종 • 하꼬방 • 하수도 • 현관 • 현관문 • 홈통 • 화장실 시설 가스시설 • 공간시설 • 공공시설 • 공용시설 • 공장시설 • 관광시설 • 관광휴게시설 • 교육시설 • 교육연구시설 • 교정 및 군사 시설 • 교정시설 • 교통시설 • 군사시설 • 근린생활시설(근생) • 기계시설 • 기반시설 • 노유자시설 • 도시계획시설 • 동물 및 식물 관련 시설 • 목욕시설 • 묘지관련시설 • 문화시설 • 문화체육시설 • 발전시설 • 방송시설 • 방송통신시설 • 방재시설 • 보건시설 • 보건위생시설 • 복지시설 • 산업시설 • 상업시설 • 생활시설 • 수도시설 • 수련시설 • 수용시설 • 숙박시설 • 업무시설 • 연구시설 • 온수시설 • 운동시설 • 운수시설 • 위락시설 • 위생시설 • 위탁시설(민간위탁시설) • 위험물 저장 및 처리 시설 • 유통시설 • 유해시설 • 의료시설 • 이용시설(통원시설) • 자동차관련시설 • 자원순환시설 • 장례식장 및 야영장 시설 • 전기시설 • 정비기반시설 • 종교시설 • 주거시설 • 주차시설 • 집회시설 • 창고시설 • 철도시설 • 체육시설 • 커뮤니티 시설 • 통신시설 • 판매시설 • 항만시설 • 혐오시설 • 환경기초시설 • 휴게시설 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반