현대의 교량

현대의 교량

그는 뛰어난 교량들을 많이 설계하였으며 1909년 Manhattan교 설계시 현수교의 처짐이론을 최초로 도입하였경간/중량비, 경간/폭비가 큰 다른 현수교들에서뿐만 아니라 이 교량에서도 이미 어느 정도의 진동이 일찍이 관찰되었다.이 교량의 경간/폭비는 그 다음 교량의 2배가 넘는 72나 되었다. 교량의 설계자인 Leon S. Moisseiff는 진동폭이 4.6m나 되는 구조물을 도저히 상상하지 못하였다. 었다. 보강 트러스의 밀실한 거더(solid girder)와 밀실한 노면(solid roadway)이 바람에 함께 반응하여 풍속이 19m/s에서 수직 및 비틀림 진동(tortional flatter)을 일으키기에 충분한 상향력이 발생하였다.

이 교량의 붕괴를 계기로 현수교의 공기동력학적 안정성에 대한 연구가 활발하게 진행되었고, 풍동시험은 교량 엔지니어의 중요한 연구도구로 되었다. 이 연구의 결과로 현수교설계가 개선되었으며 2차세계대전 이후에 건설된 교량은 이러한 변화를 반영하였다.
2차세계대전 동안 전쟁을 치르지 않은 유럽국가에서는 중요한 교량설계의 발전이 이루어졌다. 스웨덴의 Sando교[그림 2.17]는 경간장이 264m로서 당시에는 최대규모의 콘크리트 아치교이었다. 이 교량은 경간장 뿐만 아니라 경괘한 선형과 우아한 아치곡선 또한 빼어나서 미적으로 뛰어났다. 경간장 기록은 시드니만에 1963년 건설된 경간장 305m의 Gladesvill교에 의하여 경신되었다.
2차 세계대전이 종전됨에 따라 세계의 교량 기술자는 엄청난 수의 교량건설에 직면하였다. 유럽에는 대부분의 교량이 파괴되었으며 미국도 새로운 고속도로의 건설이 필요하였고 저개발국가에서도 새로운 도로의 건설이 필요하였다.
1948년 이후 10년 동안에 교량의 설계와 시공기술은 비약적으로 발전하였다. 가장 괄목할 만한 것은 프리스트레스트 콘크리트이었다. 기본개념은 50년이 넘었지만 프랑스의 Freyssinet와 벨기에의 Magnel이 고속도로 교량에 실용적인 PC텐던용 고장력 와이어를 사용함으로서 크게 실용화되기 시작하였다. 1940년대 후반 유럽에는 상당한 양의 PC교량이 건설되었으며 미국에서는 필라델피아에 1949년에 건설된 Walnut Lane교가 그 효시이다. 유럽에서는 일반적으로 포스트텐션방식이 사용된 것과 달리 미국에서는 중앙 캐스팅야드에서 대규모의 생산방식이 용이한 프리텐션방식이 대중을 이루었다.
대량생산기법으로 가장 대표적인 예는 1957년에 완공된 뉴올리안스 근처의 Lake Ponchartrain교로서 이 교량은 길이가 38.6Km나 된다. PC교량구간은 중앙 제작장에서 제작되어 바지를 이용하여 현장으로 수송되었으며 폭 10m, 경간 17m가 동시에 제작·가설되었다. 교량 건설기간은 2년이었다. 1950∼1960년대에는 전세계적으로 여러 형식의 PC교량이 건설되었다. 미국에서는 주간고속도로(interstate highway)에 비교적 단경간을 가진 PC교량이 수천개 이상 건설되었으며 유럽에서는 경간장이 더 큰 교량이 건설되었다.

1960년대 이후부터 1970년대에서는 이동식거푸집(travelling form)을 사용하는 PC캔틸레버 공법이 개발되었다. 놀라울 정도로 장경간 공사에도 적용이 기능하였다. 여러 나라에서 244m이상 되는 교량을 건설하였다. 이러한 교량들은 연속교로서 공법은 PC사장교의 공사에도 적용되었다. PC공법은 교량설계 기술자들의 창의성만 뒷받침된다면 적용대상이 무한히 넓혀질 것으로 예측된다.
유럽에서의 전후 두 번째의 중요한 발전은 강상판 교량이다. 이 형식에서는 얇은 두께의 아스콘으로 피복된 강판이 교량의 상판을 구성한다. 강판은 종방향으로는 리브로 횡방향으로는 일정간격의 가로보로서 보강이 된다. 데크 플레이트는 상판 자체뿐만 아니라 주형의 상부플랜지로서의 기능을 하고 있다. 따라서 종방향 거더의 높이가 낮아지고 전체적으로 강재량을 절약할 수 있다.
이 형식의 대표적인 최초의 교량은 1950년대 건설된 독일의 Mannheim 소재 Kurpfalz교이다. 또다른 대표적인 구조물은 경간이 75m-261m-75m인 Belgrade의 Save River교와 St. Louise의 미시시피강을 횡단하는 Poplar Street교이다. 샌프란시스코만 남단을 지나는 San Mateo-Hayward교는 중앙지간이 229m로서 이 형식으로 미국에서는 가장 긴 교량이다. 현재까지 세계최대교량은 중앙경간이 300m인 President de Silver교로서 Rio de Taneiro에 있다.
최근 서유럽에 건설되는 모든 장대교는 강상판 형식이다. 조립 및 가설공법이 발전하게 되면 이 형식을 채택하는 교량의 수는 더욱 증가할 것이다. 강재량도 대단히 절약되고 캔틸레버공법의 적용도 가능하다. 최근에는 고강도강재가 폭넓게 사용되고 있다. 교량건설에 이용되는 강재의 종류는 항복강도가 SS400부터 SM570까지 다양하다. 많은 구조물은 이제 여러 종류의 강재를 포함하고 있으며 고강도강재의 내부식성 향상도 설계자에게는 큰 매력이 되고 있다.

리벳은 100년 이상동안 강교의 표준 연결재로 사용되어 왔다. 1950년대 고장력볼트의 개발과 용접기술의 향상은 부재의 연결방법을 크게 변화시켰다. 1965년 이후의 대부분의 교량은 고장력볼트 또는 용접을 사용하여 가설되고 있다. 관심을 끄는 2개의 교량은 1962년에 준공? 베네수엘라의 Lake Maracaibo교[그림 2.18]를 들 수 있다.

1957년 미시간주 Mackinac 해협은 중앙 경간이 1,158m인 거대한 현수교로 연결되었다. 그러나 총 연장은 2,560m로서 연장으로 보면 그 당시 세계최고이며 측경간도 통상적인 규모보다 크다. 1966년 유럽에서는 재미있는 현수교가 2개 건설되었다. 하나는 영국의 Severn교[그림 2.21]로서 설계상의 독특한 기법이 두 가지 있다. 즉, 일반적인 보강트러스를 사용하지 않고 높이가 3.1m인 연속용접 강박스와 4차선 노폭의 상판으로 건설된 것이다. 이 박스는 비틀림 강성이 충분하였으며 풍동실험결과 일반적인 수직케이블 대신 경사케이블을 사용하여도 공기동력학적 안전성이 입증되었다. 중앙 경간이 988m, 총 경간이 1,597m의 이 교량은 경제적으로 우수한 설계이었다. 상판은 강상판으로 제작하였으며 상부에 아스콘 마모층이 있다.