다리나 교량에서 하중을 분산하는 방법

Question

철교나 다리, 교량 등에는 엄청난 하중이 철근에 작용할 것 같은데, 철교•다리•교량 등에서 하중을 분산하는 과학적 방법은 어떻게 되나요?

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

가장 하중을 잘 견디는지 아닌지를 단번에 확인 할 수 있는 방법은 다리 상판 아래에 교각이 얼마의 길이만에 1개씩 있느냐로 판단이 가능합니다.

즉, 어떠한 구조의 교량이든지간에 상판 아래에 교각(다리)만 많으면 절대 무너지지 않기 때문이죠. 따라서 교각이 적을 수록 구조공학적으로 매우 우수한 다리입니다. 그런면에서 일반 다리보다도 아치교량이 더 나은 교량이라 볼 수 있습니다.

하지만, 교량공학에서 가장 잘견디는 다리란 역시 "현수교"(suspension cable bridge), 와 "사장교" (cable stayed bridge)와 같은 cable 기반의 교량입니다. 아치교량등은 이들 교량보다 한 참 아래라고 보면 됩니다.

현수교나 사장교를 한 번 보시면, 상판 아래가 휑합니다. 이 것은 케이블이 모든 하중을 모아 주탑(pylon)이라는 큰 2개의 기둥으로 전달해주는 구조이기 때문이며, 이 두가지 구조만이 실제적인 장대교량(즉, 아주 긴 교량)을 만들 수 있습니다.

현수교, 사장교는 교량에서 제일 첨단 기술이라 보면 됩니다만, 외국에서는 이미 1900년대 초부터 만들어져 오고 있지요. 아치교량 같은 건 몇 백년 전에 개발된 겁니다. 제일 많이 들은 금문교(golden gate bridge)가 현수교이고, 영종대교 또한 현수교 입니다. 사장교로는 진도대교가 있겠군요.

또한, 지와 섬을 연결하는 교량 혹은 섬과 섬을 연결하는 교량은 현수교와 사장교만이 실제적으로 가능한 다리 입니다.

Answer 2

안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.

철교, 다리, 교량 등은 하중을 분산하는 과학적 방법으로 다음과 같은 기법이 사용됩니다.

1. 철근 구조: 철근 구조는 하중을 여러 개의 철근으로 분산시켜 하중을 전달하는 구조로써 하중을 분산합니다.

2. 복합 구조: 복합 구조는 철근 구조와 콘크리트 구조를 결합하여 하중을 분산하는 구조로써 하중을 분산합니다.

3. 안정성 분석: 안정성 분석은 구조물의 안정성을 평가하고 하중을 분산하는 과정에서 필요한 철근의 방향과 길이를 결정합니다.