형교
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1. 개요
형교는 인류 역사와 함께 발전해 온 교량 형식 중 하나로, 상부 구조와 하부 구조로 구성된다. 상부 구조는 데크, 지지 구조, 베어링 패드로 이루어져 교량의 하중을 지지하며, 하부 구조는 교대, 캡, 스템, 푸터로 구성되어 상부 구조의 하중을 지면으로 전달한다. 거더교는 사용 재료와 구조 형식에 따라 압연 강 거더, 플레이트 거더, 박스 거더, 프리스트레스트 콘크리트 거더, 바닥판교 등으로 나뉜다. 단순 거더교, 연속 거더교, 거버교 등 다양한 구조 형식이 존재하며, 한국에서도 다양한 형태의 거더교가 건설되었다.
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| 형교 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 빔 교의 파생 |
| 관련 교량 유형 | 트러스교 트러스교 달다리 |
| 파생 교량 유형 | 박스 거더교 플레이트 거더교 |
| 통행 | 보행자 자동차 트럭 경전철 중전철 |
| 경간 범위 | 짧음, 중간 |
| 재료 | 철 나무 콘크리트 |
| 가동 여부 | 아니오 |
| 디자인 | 낮음 |
| 가설 구조물 | 아니오 |
| 설명 | |
| 정의 | 교대와 기초 교각 위에 놓인 거더로 건설된 교량 |
2. 역사
거더교는 인류 역사와 함께 발전해 온 가장 오래된 교량 형식 중 하나로, 보 다리, 아치교, 개폐교 등이 이에 속하며 오늘날에도 여전히 건설되고 있다. 고대에는 통나무나 돌을 이용한 단순한 형태였으나, 기술 발전과 함께 암석, 돌, 모르타르 등 더 강하고 오래 쓸 수 있는 재료와 공법이 사용되었다.[1]
2. 1. 고대
고대에는 통나무나 돌을 이용한 단순한 형태의 보 다리가 주로 건설되었다. 고대 로마 시대에는 모르타르, 석재 등 발전된 건축 재료와 공법을 활용하여 더욱 튼튼하고 견고한 거더교를 건설하였으며, 이는 사회 기반 시설 구축에 중요한 역할을 담당했다.[1]2. 2. 산업 혁명 이후
산업 혁명이 일어나고 지나가면서, 향상된 물리적 특성을 가진 새로운 재료가 사용되었고, 강철의 더 큰 강도와 더 큰 적용 가능성 때문에 단철은 강철로 대체되었다.3. 구조
거더교는 크게 상부 구조와 하부 구조로 구성된다. 모든 교량은 하부 구조와 상부 구조로 나뉘는데, 상부 구조는 교량에서 가장 눈에 띄는 부분으로 하중을 직접 지지하며, 하부 구조는 이 하중을 지면으로 전달하는 기초 역할을 한다. 튼튼하고 오래가는 교량을 만들기 위해서는 상부 구조와 하부 구조가 함께 작동해야 한다.
3. 1. 상부 구조
상부 구조는 교량의 하중을 직접 지지하는 부분으로, 베어링 패드부터 시작하는 모든 것을 포함하며 교량에서 가장 눈에 잘 띄는 부분이다. 상부 구조는 다음과 같은 여러 부분으로 구성된다.- '''데크'''는 차도 또는 보행로의 표면이다. 차도용 데크는 일반적으로 철근 콘크리트 슬래브를 부어 만들지만, 강철 격자나 나무 판자를 사용할 수도 있다. 데크에는 차선, 중앙 분리대, 인도, 난간, 배수 시설, 조명 등이 포함된다.
- '''지지 구조'''는 데크를 지지하는 강철 또는 콘크리트 시스템이다. 여기에는 거더, 다이어프램 또는 가로 버팀대, (해당하는 경우) 트러스 또는 아치 시스템이 포함된다. 거더교의 경우 거더와 버팀대 시스템만 포함된다. 거더는 주요 하중 지지대이며, 버팀대 시스템은 거더가 함께 작동하도록 하고 빔이 넘어지는 것을 방지한다.
- '''베어링 패드'''는 상부 구조가 하부 구조와 어느 정도 독립적으로 움직일 수 있도록 한다. 모든 재료는 온도에 따라 팽창하고 수축한다. 교량이 완전히 고정되면 구조에 불필요한 스트레스가 가해져 파손되거나 손상될 수 있다. 상부 구조를 한쪽 끝에 고정하고 다른 쪽 끝이 종방향으로 자유롭게 움직이도록 함으로써 열 응력을 완화하고 교량의 수명을 연장한다.
경간교는 주로 차량이나 다리 자체의 무게(하중) 등에 주로 저항하는 주형과 노면을 직접 지지하는 바닥판으로 구성된다. 경간교에서는 "굽힘"에 의한 처짐이 발생하여 주형 내부의 위쪽에 압축 응력이 발생하고, 아래쪽에 인장 응력이 발생한다. 따라서 상부의 압축력에 강한 철근 콘크리트 바닥판에 형의 힘도 분담시키는 경우가 많다. 주형은 인장력에 강한 강재 또는 프리스트레스트 콘크리트로 한다. 형은 I형이나 T형 또는 상자형 등, 더 적은 재료(단면적)로 충분한 강성(단면 2차 모멘트)을 확보할 수 있는 형상이 선택된다. 바닥판은 철근 콘크리트 바닥판 외에, 보다 강도가 필요할 때는 프리스트레스트 콘크리트 바닥판이 사용되며, 시공 기간의 단축이나 박형화가 요구될 경우에는 강철 바닥판도 사용된다. 그 외에 주형 간에 적절하게 하중을 분담할 수 있도록 하는 가로보와 세로보, 다리의 입체적인 형상을 유지하고 바람에 의한 가로 방향의 하중에 저항하는 가로 가새 및 경사 가새, 좌굴을 방지하는 보강재 등 다수의 보조재가 적절히 사용된다.
3. 2. 하부 구조
교대는 교량 구조를 견고한 지면의 차도 또는 보행로로 전달하는 기초이며, 교각은 중간 지지대이다. 하부 구조는 다음과 같은 요소들로 구성된다.- '''캡'''은 베어링 패드를 지지하는 부분이다. 지지 구조의 유형에 따라 캡이 있을 수도 있고 없을 수도 있다. 벽 교각과 스터브 교대에는 캡이 필요하지 않지만, 다중 기둥, 해머헤드 또는 말뚝 벤드 교각에는 캡이 있다.
- '''스템''' 또는 스터브는 기초의 주요 본체이다. 상부 구조에서 캡을 거쳐 푸터까지 하중을 전달한다.
- '''푸터'''는 지면에 하중을 전달하는 구조이다. 두 가지 주요 시스템이 있다. 기반암에 놓인 단순한 콘크리트 슬래브인 스프레드 푸터, 깊은 지하에 있을 수 있는 견고한 기반암에 도달하기 위해 강철 말뚝을 사용하는 파일 캡이 있다. 또 다른 시스템은 스템 아래에 케이슨 또는 강철 보강 콘크리트 "기둥"을 사용한다.
4. 거더의 종류
거더는 사용 재료, 제작 방식, 단면 형상 등에 따라 다양한 종류로 분류된다.
경간교는 차량이나 다리 자체의 무게(하중)에 주로 저항하는 주형과 노면을 직접 지지하는 바닥판으로 구성된다. 경간교에서는 "굽힘"에 의한 처짐이 발생하여 주형 내부 위쪽에 압축 응력이, 아래쪽에 인장 응력이 발생한다. 따라서 상부 압축력에 강한 철근 콘크리트 바닥판이 형의 힘을 분담하기도 한다. 주형은 인장력에 강한 강재나 프리스트레스트 콘크리트로 만든다. 형은 I형, T형, 상자형 등 더 적은 재료(단면적)로 충분한 강성(단면 2차 모멘트)을 확보할 수 있는 형상이 선택된다. 바닥판은 철근 콘크리트 바닥판 외에 강도가 더 필요할 때는 프리스트레스트 콘크리트 바닥판을 사용하며, 시공 기간 단축이나 박형화가 필요할 경우에는 강철 바닥판도 사용한다. 그 외에 주형 간 하중을 분담하는 가로보와 세로보, 다리의 입체적 형상을 유지하고 바람에 의한 가로 방향 하중에 저항하는 가로 가새 및 경사 가새, 좌굴을 방지하는 보강재 등 다수의 보조재가 사용된다.
일반적으로 장지간 경간교일수록 복잡한 구조가 되는 경향이 있다. 단지간 경간교에는 얇은 주형과 바닥판이 일체 구조가 된 "바닥판교" 형식이 사용되기도 한다.
4. 1. 압연 강 거더
압연 강 거더는 강철 잉곳을 여러 다이를 통과시켜 원하는 모양으로 만드는 방식으로 제작된다. 이러한 거더는 표준화된 I-빔 및 와이드 플랜지 빔[7] 형태로 생산되며, 최대 약 30.48m 길이이다. 비교적 짧은 경간에 사용되는 거더 형식이다.4. 2. 플레이트 거더
플레이트 거더는 강판을 용접하여 원하는 모양으로 만드는 방식으로 제작된다. 제작자는 원하는 두께의 대형 강철판을 받고, 원하는 길이와 모양으로 판에서 플랜지와 웨브를 절단한다.[7] 플레이트 거더는 압연 강 거더보다 높이가 더 높을 수 있으며 표준화된 모양으로 제한되지 않는다. 거더를 정확한 하중 조건에 맞게 사용자 지정할 수 있으므로 교량 설계를 더욱 효율적으로 만들 수 있다.[7] 플레이트 거더는 10m에서 100m 이상(약 10.06m에서 약 100.58m 이상)의 경간에 사용할 수 있다.[7] 보강재는 때때로 거더의 강도를 높이기 위해 압축 플랜지와 웨브 사이에 용접된다.4. 3. 박스 거더
박스 거더는 이름에서 알 수 있듯이 상자 모양이다. 두 개의 수직 웨브, 각 웨브 상단의 짧은 상단 플랜지 및 웨브를 함께 연결하는 넓은 하단 플랜지로 구성된다. 박스 거더는 특히 비틀림에 강하며, 비싸지만 표준 거더가 비틀림 또는 전복 효과에 굴복할 수 있는 상황에 사용된다.[7]4. 4. 기타 거더
프리스트레스트 콘크리트(PSC) 거더는 고강도 강선을 이용하여 콘크리트에 압축력을 도입한 거더이다. 장대 교량 건설에 유리하다. 바닥판교는 얇은 주형과 바닥판을 일체화한 형태의 거더교로, 단경간 교량에 주로 사용된다.[1]5. 거더교의 종류 (구조 형식)
거더교는 구조 형식에 따라 단순 거더교, 연속 거더교, 거버교(게르버교) 등으로 나눌 수 있다. 단순 거더교는 각 경간이 독립적으로 지지되는 형태이고, 연속 거더교는 여러 경간이 연결된 형태이다. 거버교는 캔틸레버를 활용한다.
5. 1. 단순 거더교
각 경간이 독립적으로 지지되는 형태의 거더교이다. 구조 해석이 간단하고 시공이 용이하다. 단경교는 양쪽 끝을 교각이 지지하는 수평 부재로 구성되어 있다. 단의 무게에 단 위를 이동하는 물체의 무게가 더해져 수직력이 생기고, 그 힘은 건축물을 거쳐 교각에 지지된다.[13]단순 단경교는 구조 계산이 간단하다는 장점이 있다. 지진 등으로 교각의 간격이 벌어진 경우, 단순 단경교에서는 단이 떨어져 버리지만, 연속 단경교에서는 그 가능성이 낮다.[14]
5. 2. 연속 거더교
연속 거더교는 여러 개의 경간이 연속적으로 연결된 형태의 거더교이다. 1개의 거더를 3개 이상의 지점으로 지지하는 방식으로, 단순 거더교보다 긴 경간(받침과 받침 사이)을 확보할 수 있다.[14] 바닥판의 이음매가 줄어들어 차량 주행 시 승차감이 좋아지는 장점이 있다.[14] 또한, 지진 등으로 교각의 간격이 벌어진 경우, 단순 거더교에서는 거더가 떨어져 버리지만, 연속 거더교에서는 그 가능성이 낮다.[14] 연속 거더교는 구조적으로 단순 거더교보다 튼튼하고, 재료를 절약할 수 있다는 장점도 있다.[15] 최근 건설되는 고가교에는 연속 거더교가 많이 사용된다.5. 3. 거버교 (게르버교)
교각보다 한쪽 단을 늘려 캔틸레버(한쪽 끝은 고정되고 다른 끝은 자유로운 보)로 만들고, 지지대를 설치하여 거기에 단을 얹는 구조의 다리를 '''거버교'''(게르버교)라고 부르며, 단경교의 경우 거버 단경교가 된다.6. 갤러리
참조
[1]
웹사이트
Girder Bridge
http://www.inti.gob.[...]
National Institute of Industrial Technology
2012-10-26
[2]
웹사이트
Beam Bridges
http://www.design-te[...]
Design Technology
[3]
웹사이트
Beam Bridge
https://www.pbs.org/[...]
Nova (American TV series)
[4]
웹사이트
How Bridges Work
http://science.howst[...]
Robert Lamb and Michael Morrissey
[5]
웹사이트
Bridge Terms Definitions
http://www.dot.state[...]
Ohio Department of Transportation
[6]
서적
Bridge Engineering: A Global Perspective
https://books.google[...]
Leonardo Fernandez Troyano
2003
[7]
웹사이트
American Wide Flange Beams - W Beam
http://www.engineeri[...]
[8]
웹사이트
ガード
https://kotobank.jp/[...]
コトバンク
2022-08-24
[9]
웹사이트
ガード
https://ejje.weblio.[...]
Weblio
2022-08-24
[10]
웹사이트
ガード
https://dictionary.g[...]
goo辞書
2022-08-24
[11]
문서
[12]
서적
最新橋構造 第3版
森北出版
2004-03
[13]
서적
新編 橋梁工学
共立出版株式会社
2003-12-10
[14]
서적
図解・橋の科学 なぜその形なのか？ どう架けるのか？
講談社
2010-03-20
[15]
서적
橋の形を読み解く
産調出版
2012-10-01
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