< 교량의 종류>
1.1 교면의 위치에 따른 분류
(1) 상로교 (Deck bridge)
: 교면이 교량의 형이나 트러스 위쪽에 있는 교량 (선유교, 가천교)
(2) 중로교 (half-through bridge)
: 교면이 교량상하의 중간에 있는 교량 (방화대교,부산대교)
(3) 하로교 (through brigde)
: 교면이 교량의 아래에 있는 교량 (동호대교, 한강철교)
(4) 2층교 (2 storied bridge)
: 교면이 2층으로 되어 있는 교량 (청담대교,영종대교)
1.2. 용도에 따른 분류
(1) 도로교 (highway bridge) : 도로를 통행하기 위하여 축조된 교량 (1등교, 2등교, 3 등교)
(2) 인도교 : 사람의 통행만으로 사용되는 교량
(3) 철도교 (railway bridge) : 철도선로에 가설되는 교량
(4) 수로교 : 발전용수로나 수도용수로 또는 관개용수도 등을 통하기 위하여 가설된 교량
(5) 군용교 : 군사용에 사용되는 교량
(6) 혼용교 : 도로와 철도가 병설되어 있는 교량과 같이 2개 이상의 용도에 사용되는 교량
(7) 운하교 : 운하를 통과시키기 위해서 가설된 교량
1.3 사용 재료에 따른 분류
(2) 강교(부산대교)
(3)PS콘크리트교(신단양대교)
(1) 거더교(Girder Bridge)
교량형식중 가장 많이 쓰이고 일반적인 형식.
거더(Girder) ~ 형(桁), 들보, 대들보. 아래 그림과 같이 상부슬래브에 가해지는 하중(차량이나 사람)을 버티어 주는 대들보같은 부재.
보를 Main Girder(주형) 이라 하여 아치나 사장교 현수교에서의 보강형과 구분.
1. T형교
주형과 콘크리트가 일체로 된 콘크리트 바닥판은 교량방향으로는 주형의 플랜지로, 교량직각방향으로는 슬래브로 작용합니다.
2. Plate Girder교 (판형교,플레이트거더교)
철판으로 I형의 거더를 만들고 그위에 콘크리트 슬래브를 얹은 형태의 교량입니다.
최근에는 고강도 강재를 사용하여 브레이싱 및 거더수를 줄인 소수 주형교를 많이 가설하고 있다고 합니다.
3. Steel Box Girder교 (강합성상형교,스틸박스거더교)
철판으로 제작된 박스형태의 거더교로 가장 널리 사용되는 교량형식중 하나입니다.
곡선교나 확폭부에 적용하기가 좋아 고속도로 IC에는 아직도 거의 대부분 이용되고 있습니다. 보통 공장에서 제작된 박스를 현장에서 조립하여 크레인으로 가설합니다.
4. 강상판형교
교량의 상부슬래브를 콘크리트가 아닌 철판으로 제작하여 자중을 감소시킨 형식입니다.
또한 상판을 현장에서 용접을 하여야 하므로 시공이 조금 까다롭습니다. 그다지 많이 사용하지 않으나 사장교나 현수교, 아치교등의 보강형으로는 많이 사용되고 있습니다.
5. PSC박스거더교
콘크리트 박스형태의 거더에 프리스트레스를 가한 교량으로 50m에서 100m가 넘는 교량까지 다양하게 적용될수 있습니다.
강교에 비해 설계나 시공이 까다롭고 곡선부나 확폭부에는 적용이 조금 까다롭습니다. PSC Box Girder교는 가설방법에 따라 FCM, ILM, FSM, PSM등으로 세부 분류 합니다.
6. PSC빔교
I형의 프리스트레스 콘크리트 거더를 이용한 교량으로 주로 20~40m의 지간장에 많이 쓰입니다.
위의 교량형식중 T형교를 제외하고 가장 가격이 싸다보니 그리 긴 지간장이 필요없는 경우에 많이 사용됩니다.
- 강 거더교, 철근콘크리트 거더교, PC 거더교, 강판형교, 박스거더교
(2) 단순교
교각과 교각사이를 경간, span, 혹은 지간이라고도 하는데
각 지간(경간)의 주형이 분리된 교량입니다.
주로 작은 교량에 적용됩니다.
(3) 연속교
단순교와는 반대되는 개념으로 교량의 주형이 연속된 교량.
단순교에 비해 처짐이 작아서 더 길게 만들수 있습니다.
단점은 단순교에 비해 계산이 어렵다는(부정정구조물) 겁니다.
연속된 경간수에 따라 3경간, 4경간, 5경간 연속교.
(4) 게르버교
Gerber란 "내부힌지의수-2 = 지점의수" 를 만족하게하여 정정구조물로 만든 연속보. 지반이 불량한 경우 효과적이지만 내부힌지 부분을 적절하게 연결시켜야 처짐의 문제가 없게 됩니다.
한강다리중 성수대교가 대표적인 Gerber교. (정확하게는 Gerber Truss교.)
(5) 트러스교(Truss bridge)
몇 개의 직선 부재를 한 평면 내에서 연속된 삼각형의 뼈대 구조로 조립한 것을 트러스(Truss) 라고 하고, 거더 대신에 이 트러스를 사용한 교량.
1. Warren트러스
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2. Howe트러스
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3. Pratt트러스
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4. Parker트러스
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5. K트러스
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6. Baltimore트러스
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Subdivided(분격) 트러스의 일종.
- 트러스교는 일반적으로 지간이 50∼100m 정도에 알맞는 형식으 로, 비교적 작은 중량의 부재를
순차조립하여 큰 강성을 얻을 수 있으므로 외팔보 공법(Free Cantilevering Method) 의 채용이
다른 형식보다 유리하며, 또한 개개 부재의 단면이 작기 때문에 운반이 용이하며, 해협이나 산간
계곡 등에 적합한 교량이다.
(6) 아치교(Arch Bridge)
구조공학에서
아치는 형태가 원호로 되어 있는 부재의 전부를 의미하는 것은 아니고,원호 형상의 보가 양단에서 단순지지 되어 있고, 지점이 수평방향으로 구속된 것을 말합니다.
휘어진 보를 단순보와 같이 지지시킨 보와 역학적으로 다른 점은 수평방향 구속력에 있습니다.
수평반력은 휘어진 아치의 부재에 휨모멘트와 함께 축력을 주게 되는데, 수평반력으로 인해 발생하는 휨모멘트는 하중에 의해 발생하는 휨모멘트를 없애도록 거동하므로 이상적인 아치부재에서는 축력(압축력)만 발생하게 됩니다.
아치교는 이러한 아치부재를 주부재로 이용한 교량을 말합니다.
일반적인 아치교량의 구성은 아래그림과 같이 상판, 스팬드럴(Spandrel), 아치리브, 스프링잉(Springing)등으로 구성됩니다.
① 2힌지 아치교 (2-Hinged Arch Bridge)
일반아치교에서 가장 폭넓게 사용되는 형식미관 및 경제성이 우수하나 지반상태가 좋은곳에서 적용가능합니다.
Cold Springs Canyon Bridge |
부산대교 |
② 3힌지 아치교 (3-Hinged Arch Bridge)
3힌지 아치는 2힌지 아치의 크라운에 힌지를 추가한 것으로 정정구조입니다. 그러나 교량의 중앙에 힌지를 설치하는 것은 힌지에서의 처짐이 과다해지고, 내구성이 저하되어 초기 아치교 이후로는 거의 사용되지 않는 구조입니다.
High Bridge (미국) |
High Bridge의 내부힌지 |
아치교로서는 가장 경제적인 고정아치교는 지점을 힌지로 처리하기 곤란한 콘크리트 교에 주로 사용됩니다.
Alexander Hamilton Bridge |
Arrabida Bridge (포루투칼) |
수평력이 크게 작용하지 않아 지반상태가 양호하지 않은 곳에서도 적용가능한 형식입니다.
한강대교 |
워싱턴의 tied-arch교 |
⑤ 랭거형(Langer Girder)
랭거교는 고안자인 오스트리아의 Langer의 이름을 딴 것으로 아치리브 강성보다 보강형의 강성이 크고 수직재와 다른 부재와의 결합을 Pin 구조로 가정하여 아치리브가 주로 축력을 전담한다.
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랭거아치교 - 동작대교
⑥ 로제형(Lohse Girder)
로제아치교 - 일본 泉大津大橋
⑦ 닐센계(Nielsen System)
Nielsen계는 스웨덴의 O.F Nielsen에 의해 제안
서강대교
- 아치교는 부재 내에 압축력만 발생케 하는 아치 구조의 성질을 이 용한 교량 형식으로 기본적으로
2 힌지 아치, 3힌지 아치 및 고정 아치의 형식이 있다. 어떤 교량 형식에서나 자중 상태에서는
부재에 휨이 발생하지 않도록 설계하는 것이 바람직하다. 강도로교 의 경우에는 아치리브에
필연적으로 휨이 발생하므로 아치리브의 부재는 압축력과 휨에 동시에 저항할 수 있게
설계되어야 한다.
- 아치교는 바닥판에 작용하는 차륜하중을 행거 또는 기둥을 이용하여 가능하면 등분포로
아치리브에 전달하고, 이 아치리브를 통하여 지반으로 전달케 하는 구조체계를 갖고 있다.
하로 아치교는 바닥구조와 아치리브 구조의 연결방법에 따라 타이드아치교, 랭거 아치교,
로제아치교 또는 닐슨 아치교 등으로 나누기도 한다.
상로 아치교는 하로 아치교 의 랭거형교, 또는 로제형교에 해당하는 교량형식 이외에 트러스
아치형의 형태가 있다.
- 아치교의 구분
① 타이드 아치교 : 지점상의 횡변위를 타이드 바가 잡아주는 구조 형식(한강대교)
② 랭거 아치교 : 아치부가 축력만을 받도록 설계되는 형식(동작대교 철도교 구간)
③ 로제 아치교 : 아치부가 축력과 휨에 저항하도록 설계하는 방식
④ 닐센 아치교 : 아치부의 행거가 케이블로 이루어져 있으며, 약간 경사지게 배치되는 형식
(7) 라멘교(Rahmen Bridge)
- 교량의 상부구조와 하부구조를 강절로 연결함으로써 전체구조의 강성을 높임과 동시에 지간내에 발생하는 휨모멘트의 크기를 줄이는 대신 이를 교대나 교각이 부담하게 하는 교량.
라멘이란 교량의 기둥과 보를 강결로 연결하여 외부 하중을 보와 기둥의 휨강성으로 저항하여 전체구조의 강성을 높인 구조를 말합니다.
π형 라멘교
V각 라멘교
교량의 미관이 수려하며, 특히 중앙부로부터 지간의 양단으로 헌치 형태를 이룬 경우 더욱 날렵한 모양을 이루고, 고속도로 횡단교량에서 많이 볼 수 있다.
(8) 현수교(Suspension Bridge)
- 현수교란 주탑(Tower) 및 앵커리지(Anchorage)로 주케이블(Main Cable)을 지지하고 이 케이블에 현수재(Suspender또는Hanger)를 매달아 보강형(Stiffening Girder)을 지지하는 교량형식.
- 현수교의 주케이블 형상은 아치교와 유사하나 인장력만을 받는다 는 점에서 크게 다르다.
현수교의 구성
현수교의 현수(懸垂橋는 매달을현, 드리울수)는 줄을 늘어뜨려 매단다는 뜻.
주케이블을 늘어뜨려 양끝단을 고정시키고 주케이블에 수직부재(케이블)를 매달아 보강형을 지지하는 교량. 가장 긴 지간장에 적용되는 형식.
세계 최장경간 교량은 일본의 아카시대교.
광안대교 - 중앙경간 500m(국내최대) |
아카시대교 - 중앙경간 1991m(세계최대) |
주케이블 고정방법에 따라 타정식(earth-anchored)과 자정식(self-anchored).
① 타정식(earth-anchored) 현수교
교량 시종점부에 별도의 앵커리지를 만들어 주케이블을 고정하는 방식입니다.
주케이블이 보강형에 직접영향이 없으므로 보강형에 축력등이 걸리지 않고 계산이 보다 간단(?)하다는 장점이 있습니다.
그러나 대규모 앵커리지를 시공하여야 하므로 미관이 좋지 않고 지반조건이 않좋은 경우 공사비가 비싼 경향이 있습니다. 현재 사용되는 거의 대부분의 교량에 적용되는 형식입니다.
② 자정식(self-anchored) 현수교
주케이블을 앵커리지로 고정하지 않고 보강형에 직접 고정하는 방식을 말합니다.
주케이블의 장력이 그대로 보강형에 전달되므로 보강형의 거동이 복잡하여 설계가 조금 까다롭습니다.
그러나 대규모의 앵커리지가 필요없으므로 미관이 깔끔하다는 장점이 있습니다.
인천 영종대교에 적용된 형식입니다.
타정식 현수교 - 광안대교 |
자정식 형수교 - 영종대교 |
(9) 사장교(Cable Stayed Bridge)
사장교(Cable-stayed Bridge)는 보강형(Stiffened girder)을 주탑(Pylon)에 연결된 사장 케이블(Stay-cable)로 지지하는 형식의 교량.
주탑의 형상은 H형, 다이아몬드형, A형, I형. 기타 변형...
주탑의 형상 - H형, A형, 다이아몬드형, I형 주탑
서해대교 - H형 주탑 |
타타라대교 - 다이아몬드형 주탑 |
돌산대교 - A형 주탑 |
어등대교 - I형 주탑 |
사장교의 구성
이와 같은 사장교의 구조적인 효율성 이외에도 외관이 수려하고 주행시 비교적 개방감이 있으며 보강형의 구성형식, 주탑의 형상, 케이블 배치 등 설계 자유도가 많아 주변환경에 따른 변형이 용이합니다.
최초의 근대적 사장교 - Stromsund교
몇몇의 선각자들에 의해서 스케치되어 그림의 수준에 머무르던 사장교가 교량의 형태로 처음 모습을 나타낸 것은 19세기에 들어서였는데, 초기 사장교는 성공하지 못하고 붕괴되었으며 그 이후 사장교를 건설하려는 몇 번의 시도도 마지막 단계에서 취소되거나 현수교로 변경되었습니다.
사장재는 나이아가라교나 브룩클린교 같은 현수교의 보조적인 수단으로서만 간간이 적용되다가 1956년 사장재만을 이용한 최초의 사장교인 Stromsund교가 완공되었습니다.
그 이후 사장교는 기술적인 발전을 거듭하여 오늘날 현수교와 더불어 중 장대 교량의 대표주자가 되었습니다.
사장교는 재료에 따라 강사장교, 콘크리트 사장교, 복합 사장교,
주탑의 형상에 따라 I형, H형, A형, 다이아몬드형.
케이블 종방향 배치에 따라 방사형(Radiating Type), 하프형(Harp Type), 팬형(Fan Type), 스타형(Star Type), 케이블 횡방향 배치에 따라 1면, 2면 사장교로 분류.
- 사장교는 중간의 교각위에 세운 교탑으로부터 비스듬히 내려 드리운 케이블로 주형을 매단 구조물이다. 연속 들보형교, 연속 트러스교 또는 아치교에서는 그 경간이 장대해지면,
사하중이 급격히 증가하며 결국 적용한계에 달하게 된다. 그래서, 경간의 장대화에 수반하는 사하중을 경감하기 위하여 위에서 말한 것과 같은 구조계로 고안된 것이 사장교이다.
2. 종류별 사례
2.1 거더교
- Grand Duchess Charlotte Bridge(Luxembourg)
- Hamana Bridge(Japan)
- Huangshi Bridge(China)
- Krungthep Bridge(Tailand)
- Northumberland Strait Bridge(Canada)
- Pnote de S.Joao Bridge(Portugal)
- San Mateo-Hayward Bridge(USA)
- Schottwien Bridge(Austria)
- Shorenji Gawa Bridge(Japan)
- Skye Bridge(UK)
- Trans Tokyo Bay Bridge(Japan)
2.2 트러스교
- FEC Strauss Bascule Bridge(USA)
- Firth of Forth Bridge(Scotland)
- Minato Bridge(Japan)
- Photos from Truss Bridge Project
- Quebec Bridge(Canada)
- 2nd Mameyaki Bridge(Japan)
2.3 아치교
- Bayonne Bridge(USA)
- Fremont Bridge(USA)
- Jiangjiehe Bridge(China)
- Port Mann Bridge(Canada)
- Runcorn/Widnes Bridge(UK)
- Sydney Harbor Bridge(Australia)
- Thatcher Ferry Bridge(Panama)
2.4 현수교
- Akashi Kaikyo Bridge(Japan)
- Ambassador Bridge(USA)
- Golden Gate Bridge(USA)
- Great Belt Bridge(Denmark)
- High Coast Bridge(Sweden)
- Humber Bridge(UK)
- Kwang-An Grand Bridge(Korea)
- Mackinac Bridge(USA)
- Tsing Ma Bridge(Hong Kong)
2.5 사장교
- Alex Fraser Bridge(Canada)
- Honshu-Shikoku Bridge(Japan)
- Kap Shui Mun Bridge(Hong Kong)
- Meiko Central Bridge(Japan)
- Pont de Normandie Bridge(France)
- Seohae Grand Bridge(Korea)
- Seto-Ohashi Bridge(Japan)
- Sidney Lanier Bridge(USA)
- Ting Kau Bridge(Hong Kong)
다리의 전경 ☞ http://home.megapass.co.kr/~jschoa/
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