현수교(懸垂橋, suspension bridge)는 케이블에 의해 지지되는 형식의 다리이다. 케이블에 의해 전달되는 교량의 하중을 다른 고정체에 연결시켜 지지하는 타정식과 교량자신의 균형에 의해서 지지하는 자정식이 있다. 대한민국의 대표적인 교량으로는 광안대교, 남해대교, 영종대교 등이 있다.
개요
현수교는 교각과 교각사이에 철선이나 쇠사슬을 건너지르고 이줄에 상판을 매어단 교량이다.
적당히 늘어지게 친 케이블이 본체를 구성하는 다리로 그 주요한 구성요소는 주요 인장재인 주케이블, 주케이블의 장력을 대지로 이끄는 앵커 부분, 주케이블의 최고점을 지지하는 강제 또는 철근 콘크리트구조 등의 탑, 보강형(플레이트거더 또는 트러스), 보강형을 주케이블에 매다는 현수재의 5가지이다. 샌프란시스코에 있는 골든게이트교(Golden Gate Bridge)가 대표적이고, 한국에는 남해대교(南海大橋), 광안대교 등이 있다. 조교(弔橋)라고도 한다.
현수교의 기원은 아치보다도 먼저 인류에게 이용된 것으로 생각된다. 고대 중국의 현수교나 옛 영국의 현수교 등이 전해지지만 오늘날처럼 속도가 빠르고 무거운 차량의 통행이 필요한 경우에는 사용할 수 없는 원시적 구조물이다.
근대적인 현수교로서 구비해야 할 요소를 원시적이나마 갖춘 다리를 처음으로 건설한 사람은 J.핀리인데, 이 현수교에서는 강성(剛性)을 부여하기 위해 트러스가 도입되었다. 단지 바닥판을 매단 것뿐인 현수교에서는 바닥판에 무거운 하중이 얹히면 그 곳이 현저하게 처지므로, 근대의 현수교에서는 바닥판 부분에 플레이트거더(plate girder) 또는 트러스를 조합해서 강성을 부여하는 공법이 사용되고 있다. 이 플레이트거더 또는 트러스를 보강형(補剛桁)이라고 한다. 현수교에 작용하는 하중은 이 보강형을 통해서 널리 분포되므로 재하점(載荷點)만이 심하게 처지지 않고 현수교 전체가 큰 강성을 지니는 구조로 된다.
일반적으로 현수교의 주요한 구성요소는, ① 주요 인장재인 주케이블, ② 주케이블의 장력을 대지로 이끄는 앵커 부분, ③ 주케이블의 최고점을 지지하는 강제 또는 철근 콘크리트구조 등의 탑, ④ 보강형(플레이트거더 또는 트러스), ⑤ 보강형을 주케이블에 매다는 현수재의 5가지이다. 또 보강형의 종류에 따라 현수교를 분류할 수가 있다. 전형적인 현수교에서는 보강형은 그 양끝이 받쳐져 있지만 이 형의 중앙에 힌지(hinge)를 넣은 것도 있다. 또 보강형을 탑 사이에 단지 하나만 가지고 있는 것도 있고 탑의 외측에 각각 보강형을 갖춘 현수교도 가끔 볼 수 있고, 3개의 보강형을 연속시킨 현수교도 많다. 이상과 같은 현수교에서는 주케이블이 대지로 이끌어져서 앵커블록에 연결되어 있으며, 이와는 좀 달리 연속보강형의 양끝에 주케이블을 연결한 현수교도 있는데 이것을 자정식(自定式) 현수교라 한다.
현수교의 주케이블로서는 휨성이 있는 인장에 강한 재료가 적당하다. 보통은 스트랜디드 로프 또는 스파이럴 로프가 사용되지만 지간(支間)이 큰 현수교에서는 가늘고 강한 철사를 꼬지 않고 단지 한 묶음으로 한 이른바 평행선 케이블 공법이 채택되고 있다. 이 공법은 G.A.뢰블링이 발명하였다. 샌프란시스코에 있는 골든게이트교(Golden Gate Bridge)의 주케이블 단면은 지름 0.196인치(inch)인 철사 2만 7572줄로 되어 있으며 주케이블의 바깥지름은 36 3/8 인치이다. 주케이블로서 체인을 사용하는 것도 가능하다. 현수교의 주케이블은 인장력을 받으므로 압축력을 받는 아치교보다도 지간이 긴 교량을 가설하기가 쉽다.
현재 현수교에 관한 이론에는 현수교의 처짐을 고려하지 않는 이론과 처짐을 고려한 이론의 두 가지가 있다. 전자를 현수교의 탄성이론, 후자를 처짐이론이라 하며, 중 ·소 지간의 현수교 설계에는 탄성이론이 적용되지만 대지간의 현수교에는 처짐이론이 적용되고 있다. 또 최근에 현수교의 내풍(耐風) 안정성의 문제가 교량기술자의 주목을 받고 있는데, 이것은 중앙지간이 2,800 피트(ft)인 타코마교(미국 워싱턴주)가 1940년에 19m/sec 의 바람에 의해서 심한 꼬임 진동을 일으켜 낙교(落橋)한 이래의 일이다. 타코마교를 재건할 때 거액의 비용을 투자한 실험적 연구가 행해졌다. 현재 세계에서 가장 긴 현수교는 일본 효고현[兵庫縣] 아카시 해협에 있는 아카시해협대교[明石海峽大橋]로 중앙 지간이 1991m 이다. 한국에는 1973년에 완공된 남해대교(南海大橋)가 있는데, 길이 660m, 폭 12m이다.
현수교의 발전과정
현대 현수교는 크게 태동기, 발전기, 확장기로 구분할 수 있다.
태동기
일반적으로 1960년 이전까지를 현수교의 태동기라 하는데 주로 미국이 주도하였으며, 1931년에 세계 최초로 주경간장 1,000m 이상의 현수교인 George washington교(미국, 주경간장 1,067m)가 건설되었다. 또한 이 시기의 대표적인 교량으로는 세계에서 가장 유명한 현수교인 Golden gate교(미국, 1937년, 주경간장 1,280m)가 있으며, 이 교량은 토목 역사의 위대한 유산 중 하나라 할 수 있다.
발전기
현수교의 발전기는 1960~1990년까지로 이 시기에는 유럽이 주로 왕성한 활동을 하였다. 1964년에 유럽 최초로 주경간장 1,000m가 넘는 현수교인 Forth road교가 준공되었으며, 1973년 터키 이스탄불에 주경간장 1,074m인 Bosphorus교가 준공됨에 따라 유럽과 아시아 대륙을 최초로 연결하게 되었다. 발전기의 대표적인 교량으로는 1981년에 영국에서 준공된 주경간장이 1,410m에 달하는 Humber교가 있으며, 세계 최초로 주경간장 1,000m가 넘는 현수교에 콘크리트 주탑을 적용한 것이 특징이다.
우리나라에서도 1973년에 국내 최초의 현수교인 남해대교(주경간장 404m)가 준공되었으며, 우리나라 장대교량의 시발점이라고 할 수 있다. 남해대교는 유선형 강박스 보강거더를 적용하였는데, 이는 아시아 최초로 적용된 사례이다.
확장기
1990년 이후를 현수교의 확장기라고 하는데 이 시기에는 덴마크, 일본, 중국 등이 세계 현수교 시장을 선도하였다. 대표적인 교량으로는 1998년에 일본에서 건설된 현존하는 세계 최대 현수교인 주경간장 1,991m의 Akashi kaikyo교가 있으며, 같은 해 덴마크에서 주경간장 1,624m로 당시에는 세계에서 두 번째로 긴 Great belt east교가 준공되었다. 현재는 2009년 중국에 건설된 주경간장 1,650m의 Xihoumen교가 세계 2위의 현수교이다.
우리나라는 2012년에 세계 4위 규모인 주경간장 1,545m의 이순신대교가 준공되었으며, 준공 당시 세계 최고 높이의 콘크리트 주탑(H=270m)으로 시공된 것이 특징이다. 이순신대교는 100% 국내 기술력에 의해 건설된 현수교로서, 기존의 해외기술에 의존했던 것에서 벗어나 세계에서 6번째로 현수교기술 자립국이 되었다는 점에서 그 의미가 크다고 할 수 있다
확장기 이후 최근 해외 현수교 건설동향을 살펴보면, 기존에는 미국, 유럽, 일본 등 선진국을 중심으로 현수교 건설시장이 형성되어 왔지만, 지금은 급성장하고 있는 중국, 브라질, 동남아 등으로 시장이 이동 중에 있다. 현재 중국 및 동남아 지역 등에 건설 인프라 사업이 활발히 이루어지고 있으며, 그에 따른 현수교 등 장대교량 발주가 증가하고 있는 실정이다.
참고자료
같이 보기
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