다리 이야기

1. 형교(거더교)

형교는 가장 기본적인 형태의 교량으로 교각 위에 평편한 판인 상판을 높은 구조로 가장 간단한 형식의 다리이다. 그런데 교각 위의 상판에 물체를 올려놓게 되면 상판이 아래로 휘는 현상이 발생하는 데 상판에서 위쪽은 압축력(압축시키려는 힘)을 받고 아래쪽은 인장력(늘어뜨리려는 힘)을 받기 때문이다. 따라서 가운데는 상대적으로 힘을 덜 받기 때문에 이 부분은 덜어내도 안정성에 문제가 되지 않는다. 이러한 원리를 이용하여 만든 것 중 하나가 I빔이다. I빔은 전체 무게를 줄이는 것과 동시에 힘을 많이 받는 위족과 아래쪽을 더 튼튼하게 하는 재료이다.

 

A beam bridge is the most basic form of a bridge, consisting of a flat deck (the beam) placed on top of piers. This is the simplest type of bridge. However, when a load is placed on the deck, the deck tends to bend downwards. This occurs because the top of the deck experiences compressive forces (forces that try to compress it), while the bottom experiences tensile forces (forces that try to stretch it). As a result, the middle portion of the deck experiences relatively less stress, meaning that material in this area can be removed without compromising the bridge's stability. One application of this principle is the I-beam. The I-beam reduces the overall weight while reinforcing the top and bottom, which bear the most stress.

 

짧은 경간에서 쉽게 건설할 수 있으며 다양한 재료를 사용할 수 있고 유지 관리가 간단해 유지 비용이 적게 든다. 하지만 긴 경간을 가로지르는 데는 부적합하며 중간 지지대가 필요할 수 있고 하중 분산 능력이 제한적이어서 강력한 하중이나 지진에 취약할 수 있다.

 

Beam bridges can be easily constructed over short spans, using various materials, and their maintenance is straightforward, leading to low upkeep costs. However, they are not suitable for spanning long distances, often requiring additional supports in the middle. Additionally, their load distribution capabilities are limited, making them vulnerable to heavy loads and seismic forces.

반포대교 (출처 - pixavay)

 

 

2. 트러스교

트러스교는 인장력과 압축력에 강하도록 삼각형 모양의 보강재를 상판 옆에 덧대어 만든 다리이다. 트러스의 구조는 삼각형 모양이고 이를 기본으로 하여 강철이나 목재 등 튼튼한 재료를 여러 개 이어 붙인 것이다. 삼각형을 기본으로 한 이유는 안정성에서 장점이 있기 때문이다. 삼각형은 각 변의 길이가 정해지면 한 가지 모양만 만들 수 잇다. 따라서 삼각형을 이용하여 기본 구조를 세우면 한 곳이 밀리거나 찌그러지지 않기 때문에 매우 견고한 다리를 세울 수 있으며 재료를 아낄 수 잇다. 

 

A truss bridge is a type of bridge that is reinforced with triangular components attached alongside the deck to resist both tensile and compressive forces. The truss structure is made up of triangles, which are formed by connecting strong materials like steel or wood. The reason for using triangles is due to their inherent stability; once the lengths of a triangle's sides are set, the shape is fixed. This makes a triangular structure highly resistant to distortion or displacement, allowing for the construction of very sturdy bridges while also conserving materials.

 

삼각형 구조를 통해 하중을 효율적으로 분산함으로써 높은 안정성을 제공하고 비교적 적은 재료로 강한 구조를 만들 수 있다. 또한 긴 경간을 가로지를 수 있기 때문에 특히 철도 교량에서 많이 사용한다. 하지만 설계가 복잡하고 건설하는데 시간이 오래걸리고 많은 부자재로 인해 유지 관리가 복잡하고 유지 비용도 많이 든다. 또한 구조가 복잡하고 거칠기 때문에 미적 측면에서 다소 부족할 수 있다.

 

The triangular structure effectively distributes loads, providing high stability and strength with relatively less material. Truss bridges can span long distances, making them particularly popular for railway bridges. However, their design is complex, requiring significant time for construction. Additionally, the large number of components makes maintenance more complicated and costly. The intricate and rugged design may also be less appealing from an aesthetic perspective.

성산대교(출처 - pixavay)

 

 

3. 아치교

아치교의 가장 큰 특징은 무지개 모양으로 볼록하게 구부린 형태이다. 힘이 건축 재료를 다라 양쪽 땅에 모두 전달되기 때문에 아치교는 양끝을 받쳐주는 기초 지반이 튼튼해야 한다. 교량들 중 역사가 가장 오래 되었으며 유럽에서는 옛 모습을 그대로 간직하고 있는 2000여 년 전의 아치교를 찾을 수 있다. 아치교는 돌이나 콘크리트를 주된 재료로 사용하고 압축력만 받도록 하여 무거운 물체를 받칠 수 있도록 만들었다.

 

The most distinctive feature of an arch bridge is its convex shape, which curves like a rainbow. Since the force is transmitted through the building materials to both ends of the bridge, an arch bridge requires a solid foundation to support its ends. Among different types of bridges, arch bridges have the longest history, and in Europe, one can still find arch bridges that have retained their original form from over 2,000 years ago. Arch bridges primarily use stone or concrete as materials and are designed to bear only compressive forces, enabling them to support heavy loads.

 

아치 형태로 하중을 지지대에 분산시키기 때문에 매우 견고하고 안정적이다. 따라서 오랫동안 지속될 수 있고 아름다운 디자인으로 인식되어 관광 명소가 될 수 있다. 하지만 매우 긴 경간을 가로지르는 데는 비효율적이고 건설과정이 복잡해 비용이 많이 들어간다. 또한 평평한 지형보다는 계곡이나 강과 같은 특정 지형에 더 적합하다. 

 

Because the arch shape distributes the load to the supports, arch bridges are very sturdy and stable. This allows them to last for a long time and be appreciated for their beautiful design, making them popular tourist attractions. However, they are inefficient for spanning very long distances, and the construction process can be complex and costly. Additionally, they are more suitable for specific terrains like valleys or rivers rather than flat areas.

찰스 브릿지(출처 - pixavay)

 

4. 현수교

현수교는 주탑과 주탑 사이를 줄로 연결하고 이 줄과 상판을 여러개의 다른 줄로 연결하여 상판을 끌어당겨 받치는 구조로 되어 있다. 현수교는 교각과 교각 사이의 거리를 길게 할 수 있기 때문에 수심이 깊은 바다에 긴 다리를 놓을 때 사용한다. 

 

A suspension bridge is structured by connecting the main towers with cables and then attaching the deck to these cables using multiple other cables to pull and support the deck. Suspension bridges can span long distances between piers, making them suitable for constructing long bridges over deep waters.

 

세계에서 가장 긴 경간을 가로지를 수 있는 교량 유형으로 강한 바람, 지진 등 자연 재해에 대해 유연하게 반응할 수 있다. 미적 가치가 높으며 지역의 랜드마크로 자리 잡는 경우가 많다. 하지만 설계와 건설이 복잡하며 정밀한 엔지니어링이 필요하기 때문에 건설 비용이 많이 든다. 또한 케이블과 구조물의 유지 관리가 까다롭기 때문에 유지 비용도 많이 든다. 

 

As the type of bridge capable of spanning the longest distances in the world, suspension bridges can flexibly respond to natural disasters such as strong winds and earthquakes. They are highly valued for their aesthetic appeal and often become landmarks of the area. However, their design and construction are complex and require precise engineering, leading to high construction costs. Additionally, the maintenance of the cables and structures is challenging, resulting in high maintenance costs.

금문교(출처 - pixavay)

 

5. 사장교

현수교에서는 주탑과 주탑 사이를 연결한 줄에 또 다른 줄을 연결하기 때문에 다리가 하중을 받게 되면 모양이 변하고 흔들림도 크다. 또한 바람에 쉽게 흔들린다는 단점이 있다. 사장교는 이를 보완하여 주탑과 상탑을 직접 줄로 연결하는 구조로 되어 있다.

 

In a suspension bridge, additional cables are connected to the main cables stretched between the towers. This causes the bridge to change shape and experience significant swaying when subjected to loads. Moreover, suspension bridges have the disadvantage of being easily affected by the wind. A cable-stayed bridge addresses these issues by directly connecting the main towers to the deck with cables.

 

현수교처럼 매우 긴 경간을 지탱할 수 있고 현수교에 비해 구조가 간단하다. 케이블이 직접 주탑에 연결되어 있기 때문에 하중을 효과적으로 분산시킬 수 있고 우아한 외관과 다양한 디자인이 가능하여 현대적인 교량으로 인식되는 편이다. 하지만 고강도 재료와 정밀한 설계로 인해 건설이 복잡하고 비용도 많이 든다. 또한 케이블과 주탑의 유지 관리가 까다롭기 때문에 유지 비용도 많이 든다.

 

Cable-stayed bridges can support very long spans, similar to suspension bridges, but their structure is simpler. Since the cables are directly connected to the towers, the load can be effectively distributed. The elegant appearance and variety of design possibilities make them popular as modern bridges. However, due to the need for high-strength materials and precise design, construction is complex and costly. The maintenance of the cables and towers is also challenging, leading to high maintenance costs.

마창대교(출처 - pixavay)

 

6. 캔틸레버교

구조 공학에서 중요한 역할을 하는 교량 유형으로, 주로 긴 경간을 가로질러야 하는 상황에서 많이 사용된다. 이 교량은 한 쪽 끝이 고정된 상태에서 다른 쪽 끝이 자유롭게 뻗어 있는 구조를 특징으로 하고 캔틸레버 교는 하중을 효과적으로 지탱하기 위해 트러스 구조를 자주 사용하며, 강철이나 콘크리트로 만들어진다. 캔틸레버교는 크게 교량의 하중을 지탱함으로써 교량의 전체 구조를 안정화하는 고정지지부, 고정지지부로부터 바깥쪽으로 뻗어나가는 자유 캔틸레버부, 그리고 캔틸레버의 끝에서 끝을 연결하며 직접 지지 구조물이 없는 상태로 중간에 매달려 있는 중간 경간부 이렇게 세 부분으로 나뉘어진다. 

 

In structural engineering, cantilever bridges play a significant role, especially in situations where long spans need to be crossed. These bridges are characterized by a structure where one end is fixed, while the other end extends freely. Cantilever bridges often utilize truss structures to effectively support loads and are typically made of steel or concrete. A cantilever bridge is mainly divided into three parts: the fixed support, which stabilizes the entire structure by bearing the bridge's load; the free cantilever segment, which extends outward from the fixed support; and the suspended span, which hangs between the ends of the cantilevers without direct supporting structures.

 

현장 여건에 따라 한쪽에서부터 건설을 시작할 수 있어 복잡한 지형에서도 건설이 가능하고 트러스 구조를 사용하기 때문에 하중을 효과적으로 지탱할 수 있다. 하지만 구조가 복잡하여 정밀한 엔지니어링이 요구되고 초기 건설 비용이 높은 편이다. 또한 유지 관리가 어렵기 때문에 유지 비용도 많이 든다.

 

Cantilever bridges can be constructed starting from one side, making them suitable for building in complex terrains. Their use of truss structures allows them to effectively support loads. However, the complexity of the structure requires precise engineering, leading to high initial construction costs. Additionally, the maintenance of cantilever bridges is challenging, resulting in high maintenance costs.

영국 포스교(출처 - 위키백과)

 

 

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