교량의 다양한 분류에 따른 종류(구조형식에 따른 교량의 종류와 역사)
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- 2022. 9. 27.
교량은 하천·계곡·호소(號召:늪과 호수를 아울러 이르는 말)·도로 및 철도 등을 횡단하는 통로를 떠받치기 위하여 축조하는 구조물을 총칭하는데요. 다양한 분류에 따른 교량의 종류와 핵심인 구조형식 외 어원 그리고 역사에 대해 상세하게 설명해드리겠습니다.
교량이란?
교량(橋梁, bridge) 혹은 다리는 도로, 철도의 계획노선상의 장애물을 통과하는 것이 주된 목적이었으나, 인간의 생활이 풍족하여지면서 교량은 단순한 교통수단으로서의 기능만 갖는 것이 아니라, 인류환경에 중요한 부분을 차지하면서, 고대에서 현대에 이르기까지 문학과 예술작품의 대상이 되었습니다. 또한 다리는 한 도시의 문화유산이며, 아름다운 조형물로서 심미적, 환경적인 면에서 매우 중요한 기능을 갖고 있습니다.
어원
(語源:어떤 단어의 근원적인 형태. 또는 어떤 말이 생겨난 근원)
로마 사람들은 “다리는 하늘과 땅을 연결하는 상징”이라고 믿었으며, 이 시대에는 많은 다리가 신부(神父)에 의해 건설되었습니다. 대사제나 교황을 뜻하는 폰티프(영어:pontiff)는 라틴어 폰티펙스(pontifex)에서 유래된 고대 프랑스어 폰티프(pontif)에서 온 말인데, 이는 ‘다리’를 뜻하는 폰스(라틴어:pons)와 ‘만들다’는 뜻인 파키오(라틴어:faciō)가 합친 말입니다. 교(橋)는 양쪽 언덕 사이를 넘어가는 것을 뜻하고, 양(梁)은 나무를 걸쳐 물을 건너가는 것을 뜻하므로 교(橋), 교량(橋梁)이 모두 다리와 같은 뜻을 갖고 있습니다. 동양에서는 속세로부터 무지개를 타고 불국(佛國)으로 들어가는 것을 소원하며 많은 아치교가 절 앞에 만들어졌습니다.
역사
다리의 시초는 인류가 어로 활동을 하거나 이동할 때 시내나 늪을 건너기 용이하게 하기 위해 통나무나 큰 돌을 놓으면서였습니다. 징검다리는 가장 원시적인 형태의 다리인데요. 기원전 약 3807년 경에 지어진 영국에 스위트 트랙과 기원전 약 3838년 경에 지어진 포스트 트랙이라는 원시적인 다리가 있습니다. 아치형 다리는 기원전 4000년 경 메소포타미아 지방에서 발견되었습니다. 목재 다리 중 가장 오래된 다리는 스위스 취리히 호수 상류에 있는 라퍼스빌-후르덴 목교(Holzbrücke Rapperswil-Hurden)입니다. 제담 서쪽에서 발견된 나무 더미는 기원전 1523년 경에 만들어진 것으로 추정됩니다.
한국
우리나라에서 다리 기술이 본격적으로 발전하기 시작한 것은 삼국시대부터입니다. 413년 “삼국사기” 신라본기의 ‘실성이사금조(實聖履師今條)’에 따르면 '신성 평양주 대교'라는 한국의 다리에 대한 최초의 기록이 나옵니다. 통일신라 시기”삼국사기” 경덕왕 19년(760년)조에 "궁의 남쪽 문천(蚊川)에 '월정과 춘양'이라는 두 다리를 놓았다."라는 기록이 나오며, 현재 경주 춘양교지와 월정교지로 다리 터가 남아있습니다.
고려 시대의 다리는 선죽교, 진천 농다리가 대표적입니다. 조선 시대에는 다양한 재료와 다양한 용도로 다리가 만들어졌다. 하폭이 넓은 강에는 나룻배를 이어 만드는 배다리도 놓았다. 대표적인 다리는 수표교가 있습니다.
선죽교(善竹橋)는 북한 개성에 있는 돌다리입니다. 고려 말에 충신 정몽주가 이성계를 문병 갔다가 돌아올 때 이성계의 아들 이방원이 보낸 조영규 등에게 피살된 곳이기도 합니다. 철퇴를 맞아 죽었다고 합니다. 다리 위 돌에 붉은 반점이 정몽주의 피얼룩이라 전하며, 옆에 비각이 있는데 그의 사적을 새긴 비석 2기가 안에 있습니다. 1971년 재북한 문화재로 지정되었으며 정몽주의 피얼룩은 후일 한국의 독립운동가 겸 정치인 김구가 1947년 그곳을 방문할 때까지도 남아있었다고 합니다.
분류
교량은 사용용도, 사용재료, 교면의 위치, 교량의 평면형상, 교량의 평면선형, 가설지점, 교량의 가동여부, 내용년수, 설계하중 구조형식 등에 따라 분류할 수 있으며, 이를 복합적으로 고려하여 형식을 분류하기도 합니다.
사용 용도에 따른 분류
도로교(道路橋, Highway bridge) : 도로를 통행하기 위하여 축조된 교량(1등교, 2등교, 3등교)
보도교(步道橋, Pedestrian bridge:인도교) : 사람의 통행만으로 사용되는 교량 [육교(구름다리), Viaduct]
철도교(鐵道橋, Railway bridge) : 철도선로에 가설되는 교량
수로교(水路橋, Aqueduct bridge) : 발전용수로나 수도용수로 또는 관개용수로 등을 통하기 위하여 가설된 교량
군용교(軍用橋) : 군에서 군사적 필요에 의하여 임시로 놓은 다리
혼용교(混用橋) : 도로와 철도가 병설되어 있는 교량과 같이 2개 이상의 용도로 사용되는 교량(청담대교)
운하교(運河橋, Canal bridge):운하를 통과시키기 위해서 가설된 교량
상부구조 형식에 따른 분류
거더교(Girder bridge)
거더(보)를 수평방향으로 가설한 교량, 교량형식 중 가장 많이 쓰이고 일반적인 형식
단순교
교각과 교각 사이를 경간, Span, 혹은 지간이라고도 하는데 각 지간의 주형이 분리된 교량으로 주로 작은 교량에 적용
연속교
단순교와는 반대되는 개념으로 교량의 주형이 연속된 교량, 단순교에 비해 처짐이 작아서 더 길게 만들 수 있습니다. 단점은 단순교에 비해 계산이 어렵다는(부정정구조물) 겁니다. 연속된 경간수에 따라 3경간, 4경간, 5경간 연속교.
게르버교
Gerber란 “내부힌지의 수-2=지점의수”를 만족하게 하여 정정구조물로 만든 연속보, 지반이 불량한 경우 효과적이지만 내부힌지 부분을 적절하게 연결시켜야 처짐의 문제가 없게 됩니다. 한강다리 중 성수대교가 대표적인 gerber 교(정확하게는 Gerber Truss 교)입니다.
트러스교
몇 개의 직선 부재를 한 평면 내에서 연속된 삼각형의 뼈대 구조로 조립한 것을 트러스(Truss)라고 하고, 거더 대신에 이 트러스를 사용한 교량.
아치교(Arch bridge)
아치는 곡선으로 된 부재를 의미하며 구조공학에서 아치는 형태가 원호로 되어 있는 부재의 전부를 의미하는 것은 아니고, 원 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 아치 부재에서는 축력(압축력)만 발생하게 됩니다. 아치교는 이러한 아치 부재를 주부재로 이용한 교량을 말합니다.
라멘교(Rahmen bridge)
교량의 상부구조와 하부구조를 강절로 연결함으로써 전체 구조의 강성을 높임과 동시에 지간 내에 발생하는 휨모멘트의 크기를 줄이는 대신 이를 교대나 교각이 부담하게 하는 교량이며 라멘이란 교량의 기둥과 보를 강절로 연결하여 외부 하중을 보와 기둥의 휨강성으로 저항하여 전체 구조의 강성을 높인 구조를 말합니다.
현수교(Suspension bridge)
현수교란 주탑(Tower) 및 앵커리지(Anchorage)로 주케이블(Main Cable)을 지지하고 이 케이블에 현수재(suspender 또는 Hanger)를 매달아 보강형(Stiffening Girder)을 지지하는 교량형식으로 현수교의 주케이블 형상은 아치교와 유사하나 인장력만을 받는다는 점에서 크게 다르며, 현수교의 현수(懸垂橋는 매달을 현, 드리을 수)는 줄을 늘어뜨려 매단다는 뜻으로 주케이블을 늘어뜨려 양끝단을 고정시키고 주케이블에 수직부재(케이블)를 매달아 보강형을 지지하는 교량으로 가장 긴 지간에 적용되는 형식입니다.
사장교(Cable Stayed bridge)
사장교는 보강형(Stiffened girder)을 주탑(Pylon)에 연결된 사장 케이블(Stay-Cable)로 지지하는 형식의 교량으로 주탑의 형상은 H형, 다이아몬드형, A형, I형, 기타 변형 등이 있습니다.
엑스트라도즈교
사장교와 비슷하게 생겼으나, 주탑의 높이가 낮습니다.
복합교
사장교+현수교는 가장 새롭고, 가장 아름다우며, 가장 경제적인 교량입니다. 현수교를 지지하는 데 사용되는 거대한 주탑의 설치와 무겁고 비싼 강철의 사용량을 줄일 수 있기 때문입니다.대표적인 예로 우리나라 전남 신안의 천사대교가 있습니다.
천사대교 특징
- 국내 최초 사장교+현수교 복합교량, 해상 복합교량(2010년 9월 착공해 2019년 4월 4일 개통, 총 길이 1004m)
- 고.저주탑 사장교 중 세계 최대 높이(195m와 135m)
- 콘크리트+강재(철분에 부가물을 가공하는 강철) 국내 최초 복합 사장교
- 내풍에 대한 안정성 극대화
- 천사대교 주탑 3개 배치, 세계 최초 다경간(주경간 510m) 현수교
교면의 위치에 따른 분류
상로교(上路橋, Deck bridge)
교면이 교량의 형이나 트러스 위쪽에 있는 교량으로 우리나라에 건설되어 있는 중소교량의 90% 이상이 상로교에 속함(선유교, 가천교)
중로교(中路橋, Half-Through bridge)
교면이 교량 상하의 중간에 있는 교량(방화대교, 부산대교), 아치교, 트러스교 등의 형식에서 많이 적용됨.
하로교(下路橋, Through bridge)
교면이 교량의 아래에 있는 교량(동호대교, 한강철교)
이층교((二層橋, 2 Storied bridge)
교면이 2층으로 되어있는 교량(광안대교, 청담대교, 영종대교)
가설 위치에 따른 분류
해상교량: 바다에 건설되는 교량(간단한 건설 순서 : 기초 시공, 주탑 시공, 케이블 시공, 상판 시공, 노면 포장)
하천교 : 하천을 통과하는 교량
육교 : 도로, 철도를 횡단하는 교량
고가교 : 도시의 시가지를 관통하거나 농경지 또는 기타 장애물을 횡단하는 교량
연륙교 : 육지에서 섬을 연결하는 교량(돌산대교)
연도교 : 섬과 섬을 연결하는 교량
잠수교 : 하천에 가설되는 교량으로 노면이 평소에는 수면보다 위에 있지만 홍수시에는 교량의 상부노면이 수중에 잠기도록 가설한 교량
부교 : 수상에 배를 나란히 띄워놓고 그 위에 복공을 하여 차량이나, 사람이 통행할 수 있도록 건설된 교량
잔교 : 주로 항만의 선착장에 많이 건설하는 교량으로 교체에 보를 설치하여 슬래브를 붙이는 교량
부잔교 : 항만에 화물의 하역 및 승객의 승선을 위하여 설치하는 교량으로서 육안으로부터 어느정도 떨어져 Pontoon이라고 불리는 상자선을 띄어서 이것과 육지사이에 도교를 가설하여 연락하고, Poontoon에 배를 접안시키는 계선시설
재료에 따른 분류
목교 : 목재를 사용하여 가설한 교량
석교 : 돌로 만든 교량으로서 지간이 짧은 경우에는 거더교, 지간이 긴 경우에는 아치교 형식이 많습니다.
강교 : 강철로 된 구조용 압연강재를 사용하여 가설된 교량
철근콘크리트교 : 시멘트, 모래, 자갈 및 철근을 재료로 하여 가설되는 교량
프리스트레스 콘크리트교(PSC : Prestressed Concrete 교) : 철근콘크리트교와 비슷하나, 강도가 큰 콘크리트를 사용하고, 고장력의 P.S 강재에 프리스트레스를 주어 내하력을 증진시킨 교량
합성교 : 2가지 이상의 재료를 이용하여 교량의 상부구조를 건설하는 교량