현수교

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1. 개요

현수교는 주 케이블을 늘어뜨려 상판을 매다는 방식으로 건설되는 교량의 한 종류이다. 초기에는 로프나 덩굴 식물을 이용한 형태였으나, 기술 발전을 통해 강철 케이블과 같은 현대적인 재료를 사용하여 장대교량 건설이 가능해졌다. 현수교는 긴 경간 확보에 유리하며, 건설 중 수로를 방해하지 않는다는 장점이 있지만, 바람에 취약하고 상판 강성이 낮다는 단점도 있다. 세계적으로 다양한 현수교가 건설되었으며, 대한민국에도 남해대교, 광안대교, 이순신대교 등 여러 현수교가 존재한다.

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현수교
지도
기본 정보
1915 차나칼레 교량은 다르다넬스 해협에 있으며, 유럽과 아시아를 연결하고, 세계에서 가장 긴 주경간을 가진 현수교이다.
유형
이름	현수교
관련 유형	언더스팬 현수교 사장교
하위 유형	자정식 현수교
상위 유형	단순 현수교
특징
통행	보행자 자전거 가축 자동차 트럭 철도 차량
경간 범위	중간에서 긴 범위
재료	강철 로프 다중 강선 케이블 또는 단조 또는 주조 체인 링크
가동 여부	아니오
디자인	중간
동바리	아니오

2. 역사

현수교의 역사는 고대까지 거슬러 올라간다. 초기 현수교는 협곡을 가로질러 로프를 놓은 형태였으며, 교면(다리가 놓이는 면)은 로프와 같은 높이에 있거나 로프 아래에 매달려 사슬선 모양을 이루기도 했다. 일반적인 용법으로는 작은 계곡이나 강에 밧줄 사다리를 건넨 것과 같은 간이한 것부터 해협 등에 걸리는 대규모의 것까지 현수교라고 부른다.^[27] 넓은 의미로는 사장교도 케이블의 장력을 이용한 매달린 구조라는 점에서 현수교의 일종이라고 할 수 있다.

사장교와 현수교. 두 가지의 차이점에 대해서는 사장교#현수교와의 차이점을 참조.

현대 토목공학 분야에서는 주탑과 그 사이에 놓이는 메인 케이블을 가지고, 그 케이블에서 수직으로 늘어뜨린 행어로프로 교량을 지지하는 교량을 현수교라고 한다. 반면, 행어로프가 없고 여러 개의 케이블을 비스듬히 걸쳐 직접 교량을 지지하는 것은 사장교라고 부르며 구별된다.

현수교의 케이블은 늘어져 곡선을 그리지만, 행어로프와의 2단 구성으로 교량을 수평에 가까운 상태로 유지한다. 교량을 설치하기 전 케이블만의 상태에서는 현수선이라는 곡선을 그린다. 현대의 현수교는 케이블, 행어로프, 교량은 강철제, 주탑은 강철 또는 철근콘크리트제이다. 현수교는 장대한 교량에 적합하며, 세계의 장대 경간장 교량 상위권의 많은 것을 현수교가 차지한다.^[34] 하지만 바람이나 하중에 의해 흔들리기 쉽다는 단점도 있다.

현대적인 긴 현수교는 미국의 브루클린교에서 시작되었다고 본다. 1883년에 완공된 이 다리는 강철 케이블을 사용하고, 꼬지 않은 평행 케이블을 적용했다. 탑의 해저 부분 공사에는 케이슨 공법을 사용하는 등, 오늘날 쓰이는 여러 기술이 이때 개발되었다. 브루클린교는 탑에서 교각으로 이어지는 사선 케이블도 있어 사장교와 복합 구조를 이루고 있다.

이후 조지 워싱턴교(경간 1,000m 이상), 골든게이트교, 베라자노-내로즈 브리지 등이 연이어 건설되었다. 1981년 영국의 Humber Bridge|험버교^영어가 완공되기 전까지 100년 넘게 미국이 세계 1위 자리를 지켰다.

현재 세계에서 가장 긴 현수교는 전체 길이로는 일본의 명석해협대교(총연장 3,911m, 중앙경간장 1,991m)이다.^[34] 그러나 2022년 3월 18일 터키 서부 차나칼레의 다르다넬스 해협에 차나칼레 1915 다리(총연장 3,563m, 중앙경간장 2,023m)가 개통되면서, 중앙경간장 기준으로는 명석해협대교가 세계 2위가 되었다.^[30]

케이블에 사용되는 피아노선은 15,000m에서 자체 무게로 끊어지기 때문에, 이론적으로 중앙경간장의 한계는 4,000m로 알려져 있다.^[31]

지표면에서 다리 도로면까지의 높이가 세계에서 가장 높은 다리는 중국 후베이성에 있는 Sidu River Bridge|사두허 대교^영어로, 아래를 흐르는 사두허에서 472m 높이에 있다. 경간은 900m이며 2009년에 사용이 시작되었다.

2. 1. 초기 형태

초기 현수교는 계곡을 가로질러 로프를 설치하고, 그 로프와 같은 높이에 있거나 로프 아래에 매달아 사슬선 모양을 이루는 형태였다.

탕통걀포가 건설한 사슬교 중 하나인 추술 차크잠(Chushul Chakzam), 1904년

티베트의 탕통 걀포(Thangtong Gyalpo)는 철(iron) 사슬을 사용한 현수교를 건설한 것으로 알려져 있다. 1433년 걀포는 부탄 동부에 여덟 개의 다리를 건설했고, 마지막으로 남아 있던 탕통 걀포 다리는 2004년에 유실되었다.^[7] 걀포의 철사슬 다리는 현대 현수교와는 달리 현수교(suspended-deck bridge)가 포함되지 않았고, 대신 난간과 보행로에 와이어가 사용되었다. 철사슬을 사용하기 전에는 꼬인 버드나무나 야크 가죽, 또는 견고하게 묶은 천을 사용했을 것으로 추정된다.^[8]

1615년 이전부터 잉카 제국에서는 잉카 로프 다리(Inca rope bridge)를 사용했으며, 케슈아차카(Queshuachaca)는 현재 남아 있는 마지막 잉카 로프 다리로 매년 재건된다.

일본 도쿠시마현 미요시시에 있는 이야의 카즈라바시는 식물 덩굴로 양쪽 강둑에서 본체를 지탱하는 구조로 원시적인 사장교라고 할 수 있다. 현재 카즈라바시는 강철 와이어로 보강되었지만, 원래는 시라쿠치카즈라(살나시)만 사용되었다.

간단한 현수교는 등산로 등에서 볼 수 있으며, 주탑 없이 암반에서 케이블을 설치하거나 행거 로프 없이 직접 본체를 지탱하는 형태도 있다. 이러한 것은 현수판교라고 불린다.

현대에도 관광객을 위해 옛날식 현수교가 설치되는 경우가 있다.^[28] 일본에서는 예전에 '낚시교'라는 말이 사용되었지만,^[29] 1870년 이후 서구의 현대 기술 영향을 받은 것에 대해서는 '현수교'라는 표기가 사용되고 있다.

2. 2. 체인 현수교

19세기 초, 서구에서는 철제 체인을 사용한 현수교가 등장하면서 현수교 기술이 비약적으로 발전했다. 제임스 핀리는 트러스에 매달린 상판을 포함하여 현대식 현수교의 모든 필수 구성 요소를 통합한 최초의 체인 현수교인 웨스트모어랜드 카운티의 제이콥스 크릭 교량(1801년)을 건설했다.^[12] 핀리는 1808년에 자신의 설계에 대한 특허를 받았고, 1810년에는 필라델피아의 저널인 포트폴리오에 발표했다.^[13]

초기 영국의 체인 교량으로는 드라이버그 수도원 다리(1817년)와 137m의 유니온 다리(1820년)가 있으며, 교량의 경간은 메나이 다리(1826년)로 176m까지 급격히 증가했고, 이 다리는 "최초의 중요한 현대식 현수교"로 여겨진다.^[14] 독일어권 지역 최초의 체인 교량은 뉘른베르크 체인 교량이었다.

1826년에 완공된 메나이 해협 근처 뱅거의 체인 교량에 대한 초기 설계도

윌리엄 티어니 클라크가 설계한 말로우 현수교는 1829년에서 1832년 사이에 건설되었으며, 1828년에 붕괴된 하류의 목조 다리를 대체하였다. 이 다리는 조수가 없는 템스 강을 가로지르는 유일한 현수교이다. 부다페스트의 다뉴브 강을 가로지르는 세체니 체인 브리지(1840년 설계, 1849년 개통)는 윌리엄 클라크가 설계했으며, 말로우 다리의 대규모 버전이다.^[16]

버턴온트렌트의 토르니윌 앤 워험의 페리 브리지(1889년)는 일반적인 현수교와 달리 체인이 교각에 연결되지 않고 주요 거더에 연결되어 거더가 압축되는 흥미로운 변형을 보여준다. 여기서 체인은 폭 약 20.32cm, 두께 약 3.81cm의 평평한 단조 철판으로 만들어져 리벳으로 연결되어 있다.^[17]

2. 3. 와이어 케이블 현수교

19세기 중반, 와이어 케이블이 개발되면서 현수교는 더욱 발전할 수 있게 되었다. 마르크 세갱과 기욤 앙리 뒤푸르는 와이어 케이블 현수교 발전에 중요한 역할을 했다.^[18]

최초의 와이어 케이블 현수교는 슈일킬폭포의 거미 다리(Spider Bridge at Falls of Schuylkill)(1816)였는데, 이는 제임스 핀리의 인근 체인 브리지 앳 폴스 오브 슈일킬(Chain Bridge at Falls of Schuylkill)(1808)의 붕괴 이후 건설된 소규모 임시 보행자 다리였다. 이 보행자 다리의 경간은 124m였지만, 폭은 0.45m에 불과했다.

와이어 케이블 현수교의 발전은 1822년 마르크 세갱과 그의 형제들이 아노네에 건설한 임시 간이 현수교에서 시작되었다. 그것은 단지 18m에 불과했다.^[18] 최초의 영구적인 와이어 케이블 현수교는 1823년 기욤 앙리 뒤푸르가 제네바에 건설한 생트 안투안 다리(Saint Antoine Bridge)였으며, 40m 경간 두 개를 가지고 있었다.^[18] 현대식 방법으로 공중에서 케이블을 조립한 최초의 다리는 1834년 조제프 샬리(Joseph Chaley)가 프리부르에 건설한 그랑 퐁 쉬스뻬뉼(Grand Pont Suspendu)이었다.^[18]

미국에서 최초의 주요 와이어 케이블 현수교는 펜실베이니아주 필라델피아의 페어마운트(Fairmount)에 있는 와이어 브리지 앳 페어마운트(Wire Bridge at Fairmount)였다. 찰스 엘릿 주니어가 설계하고 1842년에 완공되었으며, 경간은 109m였다. 엘릿의 나이아가라 폭포 현수교(1847-48)는 완공 전에 폐기되었다. 이 다리는 존 A. 로블링의 2층 철도 및 마차 다리(1855)의 비계로 사용되었다.

오토 바이트 다리(1938-1939)는 미국 이외 지역에서 최초로 병렬 와이어 케이블로 건설된 현대식 현수교였다.^[19]

2. 4. 현대의 현수교

현대적인 긴 현수교는 미국의 브루클린교에서 시작되었다고 본다. 1883년에 완공된 이 다리는 강철 케이블을 사용하고, 꼬지 않은 평행 케이블을 적용했다. 탑의 해저 부분 공사에는 케이슨 공법을 사용하는 등, 오늘날 쓰이는 여러 기술이 이때 개발되었다. 브루클린교는 탑에서 교각으로 이어지는 사선 케이블도 있어 사장교와 복합 구조를 이루고 있다.

이후 건설된 조지 워싱턴교는 경간(다리 기둥 사이의 거리)이 1,000m를 넘었고, 골든게이트교, 베라자노-내로즈 브리지 등이 연이어 건설되었다. 1981년 영국의 Humber Bridge|험버교^영어가 완공되기 전까지 100년 넘게 미국이 세계 1위 자리를 지켰다.

현재 세계에서 가장 긴 현수교는 전체 길이로는 일본의 명석해협대교(총연장 3,911m, 중앙경간장 1,991m)이다.^[34] 그러나 2022년 3월 18일 터키 서부 차나칼레의 다르다넬스 해협에 차나칼레 1915 다리(총연장 3,563m, 중앙경간장 2,023m)가 개통되면서, 중앙경간장 기준으로는 명석해협대교가 세계 2위가 되었다.^[30]

케이블에 사용되는 피아노선은 15,000m에서 자체 무게로 끊어지기 때문에, 이론적으로 중앙경간장의 한계는 4,000m로 알려져 있다.^[31]

지표면에서 다리 도로면까지의 높이가 세계에서 가장 높은 다리는 중국 후베이성에 있는 Sidu River Bridge|사두허 대교^영어로, 아래를 흐르는 사두허에서 472m 높이에 있다. 경간은 900m이며 2009년에 사용이 시작되었다.

3. 구조

현수교는 주탑, 케이블, 앵커리지, 상판 등 주요 부재로 구성된다.

현수교의 주요 힘은 케이블의 장력과 주탑의 압축이다. 주탑에 작용하는 대부분의 힘은 수직 아래쪽으로 작용하며, 주 케이블로 인해 교량이 안정화되므로 세번 다리처럼 주탑을 가늘게 만들 수 있다.

현수교에서 주 케이블은 자체 무게만으로 매달릴 때 사슬선을 형성하고, 상판을 지탱할 때는 포물선을 형성한다. 실제 케이블 윤곽은 이 두 곡선 사이에 위치한다.^[20] 케이블의 기울기는 선형 거리에 따라 일정하게 증가하며, 상판과의 각 연결 지점에서 순수한 상향 지지력을 제공한다.

케이블교와 현수교는 비슷해 보이지만, 원리와 구조면에서 다르다. 넓은 의미로는 사장교도 현수교의 일종으로 볼 수 있다.^[27] 현대 토목공학에서는 주탑과 메인 케이블을 가지고, 그 케이블에서 수직으로 늘어뜨린 행어로프로 교량을 지지하는 교량을 현수교라고 한다. 반면, 행어로프 없이 여러 케이블을 비스듬히 걸쳐 교량을 지지하는 것은 사장교로 구분된다.

현수교의 케이블은 늘어져 곡선을 그리지만, 행어로프와의 2단 구성으로 교량을 수평에 가깝게 유지한다. 교량 설치 전 케이블만의 상태에서는 사슬선을 그린다. 현대 현수교는 케이블, 행어로프, 교량은 강철제, 주탑은 강철 또는 철근콘크리트제이다. 현수교는 장대 교량에 적합하며, 세계 장대 경간장 교량 상위권을 차지한다.^[34] 그러나 바람과 하중에 의해 흔들리기 쉽다는 단점도 있다.

앵커리지는 다리 양 끝에 있으며, 메인 케이블을 고정하는 닻(앵커)이다. 콘크리트로 제작되며, 지형적 제약 등으로 인해 터널 앵커리지로 하는 경우도 있다. 주 케이블에서 수직으로 내려와 교량 상판을 지지하는 행어 로프는 위치에 따라 길이가 다르다. 일반적으로 꼬인 와이어 로프가 사용되며, 바람에 의한 진동 방지를 위해 나선형으로 선이 감겨 있는 경우가 있다.

3. 1. 주탑

주탑은 케이블을 지지하는 기둥으로, 양쪽 해안이나 육지에서 전체 길이의 1/4 정도 위치에 설치된다. 주탑은 교량의 높이와 경간(다리의 기둥과 기둥 사이의 거리)을 결정하는 중요한 요소이다. 주탑의 높이가 높을수록 케이블에 작용하는 하중이 작아져 경제적이며, 더 긴 경간을 확보할 수 있다.^[35] 한 쌍의 주탑은 교량 상판을 사이에 두고 서 있는 두 개의 기둥을 트러스 또는 라멘 구조로 연결하고 있다.

기초가 수중에 있는 경우에는, 케이슨이라고 불리는 철제 상자를 가라앉혀 콘크리트를 타설하여 건설하는 경우가 많다. 물의 흐름을 방해하지 않도록 여러 개의 기둥으로 구성하는 경우도 있다.(온다케 대교 등) 주탑은 일반적으로 2쌍이지만, 3쌍인 예도 있다.(아키시마 대교 등)

3. 2. 케이블

케이블은 현수교의 핵심 부재로, 상판의 하중을 지지하여 주탑과 앵커리지(계류시설)에 전달한다. 과거에는 체인이나 연결된 막대, 로프가 사용되었으나, 현대에는 여러 가닥의 고강도 강철 와이어로 만든 케이블이 주로 사용된다.^[20] 이는 단순한 강도 증가뿐만 아니라, 수백 개의 가닥 중 일부에 결함이 있어도 전체적인 파괴 가능성이 매우 낮아 신뢰성을 향상시킨다. (단일 아이바의 파손이 오하이오 강 위의 실버 브리지 붕괴의 원인으로 밝혀졌다.)^[20]

주 케이블은 자체 무게만으로 매달릴 때는 사슬선을 형성하지만, 상판을 지탱할 때는 포물선을 형성한다. 실제 현수교 케이블의 윤곽은 이 두 곡선 사이에 위치한다.^[20] 케이블의 기울기는 선형(상판) 거리에 따라 일정하게 증가하며, 이는 상판과의 각 연결 지점에서 순수한 상향 지지력을 제공한다.

같은 경간과 처짐을 가진 사슬선(검은색 점선)과 포물선(빨간색 실선)의 비교

주탑에 걸리고 행어 로프를 통해 교량 상판을 매다는 현수교에서 가장 중요한 요소가 케이블이다. 이 재질의 발전에 따라 더욱 긴 다리가 건설될 수 있게 되었다.

케이블은 부식(녹) 방지를 위해 고무나 도장으로 표면 처리한다. 덮인 케이블 다발 내부의 습도가 상승하여 부식이 진행되는 사례가 있어, 1998년에 완성된 아카시 해협 대교에서는 건조 공기를 송풍하는 시스템이 채용되었다. 이 시스템은 2002년에 세토대교에서 추가적인 조치로 취해졌으며, 2011년에는 영국의 험버교에서도 채용되고 있다.^[32]

케이블 설치 방법에는 에어 스피닝 공법과 프리팹 스트랜드 공법이 있다.

에어 스피닝 공법: 와이어를 수 개씩 연속적으로 설치해 가고, 그것을 묶어 케이블로 만든다.
프리팹 스트랜드 공법: 미리 제작한(프리팹) 스트랜드라고 불리는 와이어를 정육각형으로 묶은 것을 설치하고, 그것을 묶어 와이어로 만든다.

3. 3. 앵커리지

앵커리지는 케이블을 지면에 고정하는 구조물로, 케이블의 장력을 지반에 전달한다. 앵커리지는 현수교의 안정성을 확보하는 데 매우 중요한 역할을 한다.

3. 4. 상판 (桁)

상판은 차량이나 사람이 통행하는 부분으로, 행어 로프를 통해 케이블에 매달려 있다.^[20] 송전선이나 수도관이 병설되는 경우도 있다.

상부구조는 박스형과 트러스 형식이 있지만, 바람의 영향을 적게 받는 트러스 형식이 많다. 편평하고 강성이 작은 보강거더를 사용했던 미국의 타코마 네로우즈 다리가 바람으로 인해 붕괴된 영향도 있다. 그러나 최근 유체역학 연구의 발전에 따라 바람의 영향을 받기 어려운 형상으로 만든 박스형이 재검토되고 있으며, 영국의 험버 교와 일본의 쿠루시마 해협 대교에서 그 예를 볼 수 있다.

3. 5. 행어 로프 (Suspender Cable)

행어 로프는 주 케이블에서 수직으로 내려와 교량 상판(桁)을 지지하는 부재이다. 이 로프는 주 케이블과 교량 상판을 연결하며, 위치에 따라 길이가 달라진다. 일반적으로 꼬인 와이어 로프가 사용된다. 주탑이 둑(岸)보다 안쪽에 있고 측경간(側径間)의 교량 상판을 지지할 필요가 없는 경우에는 측경간에 행어 로프가 없을 수도 있다. 이러한 형식의 교량을 단경간 현수교(単径間吊橋)라고 한다.

일반적으로 현수교는 3경간(三径間) 구조를 가진다.

행어 로프에는 바람에 의한 진동을 방지하기 위해 나선형으로 선을 감는 경우가 있다.

4. 시공

현수교는 복잡한 공정을 거쳐 건설되며, 고도의 기술력과 정밀한 관리가 필요하다. 일반적인 현수교는 다음과 같은 순서로 건설된다. 길이와 크기에 따라 건설에는 1년 반(타코마 내로즈 브리지 건설에는 19개월밖에 걸리지 않았음)에서 최대 10년(아카시 해협 대교 건설은 1986년 5월에 시작되어 1998년 5월에 개통됨 – 총 12년)까지 걸릴 수 있다.^[32]

뉴욕시의 맨해튼 브리지로, 타워에서 바깥쪽으로 데크가 건설 중인 모습이다.

샌프란시스코의 골든 게이트 브리지의 서스펜더 케이블과 서스펜더 케이블 밴드. 메인 케이블 직경은 이고, 서스펜더 케이블 직경은 이다.

(하위 섹션 "건설 순서 (일반적인 와이어 스트랜드 케이블 방식)"에서 자세한 건설 순서를 다루고 있으므로, 여기서는 간략하게 요약한다.)

기초 및 앵커리지: 타워의 기초는 수중 또는 육지에 설치되며, 케이블의 장력을 지지하는 앵커리지는 암반이나 콘크리트 중량물로 구성된다.
타워: 고강도 철근 콘크리트, 석조 또는 강철을 사용하여 타워를 건설한다.
주 케이블 및 서스펜더 케이블: 타워 상단에 새들을 설치하고, 임시 보행로(캐트워크)를 통해 주 케이블을 가설한다. 주 케이블에 서스펜더 케이블을 연결한다.
데크: 리프팅 호이스트나 캔틸레버 크레인을 사용하여 데크를 설치한다.
마무리: 조명, 난간, 페인팅, 포장 등 세부 작업을 완료한다.

4. 1. 가설 공법

현수교의 케이블 설치에는 크게 두 가지 공법이 사용된다.

에어 스피닝(Air Spinning) 공법: 현장에서 와이어를 여러 가닥씩 연속적으로 설치하고, 이를 묶어 케이블을 제작하는 방식이다.^[32]
프리팹 스트랜드(Prefabricated Strand) 공법: 공장에서 미리 제작된(프리팹) 스트랜드(와이어를 정육각형으로 묶은 것)를 현장에 설치하고, 이를 다시 묶어 케이블을 만드는 방식이다.^[32] 스트랜드 하나에 사용되는 와이어 수는 91개, 127개, 169개 등이다.

케이블은 부식(녹)을 방지하기 위해 고무나 도장으로 표면 처리를 한다. 1998년에 완공된 명석해협대교에서는 케이블 내부의 습도 상승으로 인한 부식을 막기 위해 건조 공기를 불어넣는 시스템을 채택했다.^[32] 이 시스템은 2002년 세토대교와 2011년 영국의 험버교에도 추가로 적용되었다.^[32]

4. 2. 건설 순서 (일반적인 와이어 스트랜드 케이블 방식)

일반적인 현수교는 다음과 같은 순서로 건설된다. 길이와 크기에 따라 건설에는 1년 반에서 최대 10년이 걸릴 수 있다.

1. 타워가 수중 교각에 기초하는 경우, 케이슨을 가라앉히고 연약한 지반을 기초를 위해 발굴한다. 암반이 너무 깊으면 말뚝을 암반이나 단단한 토양에 박거나, 큰 콘크리트 패드를 건설하여 하중을 분산시킨다. 케이블-스테이형 리오-안티리오 다리의 기초에는 활성 단층의 움직임을 수용할 수 있는 패드 기초가 구현되었다.

2. 타워가 육지에 기초하는 경우, 심층 기초 발굴 또는 말뚝을 사용한다.

3. 타워 기초부터 고강도 철근 콘크리트, 석조 또는 강철을 사용하여 타워를 세운다. 현대 현수교 건설에서는 높은 강철 비용으로 인해 콘크리트가 가장 많이 사용된다.

4. 주 현수 케이블을 지지할 ''새들(saddles)''을 타워 상단에 배치한다. 주철로 만들어지거나 리벳 형태로 제작될 수 있으며, 롤러가 장착되어 케이블이 이동할 수 있다.

5. 케이블의 장력을 견디고 구조의 주요 앵커 시스템을 형성하기 위해 ''앵커리지(Anchorages)''를 건설한다. 일반적으로 암반에 고정되지만, 철근 콘크리트 중량물로 구성될 수도 있다. 앵커리지 구조에는 여러 개의 돌출된 개방형 ''아이볼트(eyebolts)''가 있다.

6. ''캐트워크(Catwalks)''라는 임시 현수 보행로를 설치한다. 캐트워크는 사슬선 아크로 설명되는 경로를 따른다.

7. 주 케이블 회전 리일을 지지할 갠트리를 캐트워크 위에 배치하고, 윈치에 부착된 케이블을 설치하여 주 케이블 회전 장치를 설치한다.

8. 고강도 와이어를 트래블러의 풀리로 당겨 한쪽 끝을 앵커리지에 고정하고, 반대편 앵커리지에 도달하면 루프를 개방형 앵커 아이바(eyebar)에 놓는다. 작업자는 케이블 와이어를 당겨 "케이블 스트랜드"를 완성하고, 이를 반복하여 최종 케이블 스트랜드를 완성한다. 그 후 케이블 스트랜드를 압축하고 와이어로 감아 원형 단면을 형성한다. 사용되는 와이어는 부식 억제제로 코팅된 아연 도금 강철 와이어이다.

9. 주 케이블에 "케이블 밴드"를 설치하고, 여기에 ''서스펜더 케이블(Suspender cables)''을 연결한다. 서스펜더 케이블은 정확한 길이로 설계 및 절단된다.

10. 특수 리프팅 호이스트나 이동식 캔틸레버 크레인을 사용하여 교량 데크 구간을 들어 올린다. 데크 구조가 타워에서 연장되는 경우, 완성된 데크는 위쪽으로 기울어진다. 데크 완료 시 하중이 주 케이블을 포물선 아크로 당기고, 데크의 아크는 설계에 따라 달라진다.

11. 주요 구조물 완료 후, 조명, 난간, 마감 페인팅, 포장 등 세부 사항을 설치하거나 완료한다.

5. 장단점

현수교는 다른 교량 형식에 비해 여러 장점을 가지고 있지만, 몇 가지 단점도 존재한다.

대규모 현수교의 원리는 도로나 철도 교량뿐만 아니라, 덜 극적인 상황에서도 나타난다. 경량 케이블 현수교는 자전거 도로나 보행자 도로에 더 저렴하고 우아해 보일 수 있다. 예를 들어 네덜란드의 네시오 다리와 미국 펜실베이니아주 델라웨어 강에 걸쳐 있는 로블링이 설계한 1904년 리겔스빌 현수식 보행자 다리가 있다.^[24] 2021년 4월에 개장한 포르투갈 아루카 지오파크 파이바 강에 걸쳐 있는 세계에서 가장 긴 보행자 현수교는 길이 516m이며 강 위 175m 높이에 걸쳐 있다.^[25]

두 건물 사이를 연결하는 다리의 경우, 건물이 케이블을 고정할 수 있으므로 타워를 건설할 필요가 없다. 케이블 현수교는 튜브형 교량과 공통점이 많은 구조물의 고유한 강성으로 보강될 수도 있다.

5. 1. 장점

현수교는 다른 형식의 교량보다 긴 경간(다리 기둥 사이의 거리)을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 주탑이 높을수록 현수교의 케이블이 받는 하중이 작아지기 때문에, 같은 경간의 다리를 놓을 때 케이블의 단면을 줄여 경제적으로 건설하거나, 같은 케이블 단면으로 더 긴 경간을 만들 수 있다.^[35]

또한, 상대적으로 적은 재료로 건설이 가능하여 경제적이며, 건설 중 하부 공간을 활용할 수 있어 해상 교통을 방해하지 않는다. 지진에 대한 저항성이 상대적으로 높다는 장점도 있다.

5. 2. 단점

현수교는 바람에 의한 진동에 취약할 수 있어, 내풍 설계가 중요하다. 특히 편평하고 강성이 작은 보강거더를 사용했던 미국의 타코마 너로즈 교는 바람으로 인해 붕괴되기도 하였다.^[22] 이러한 이유로, 바람의 영향을 적게 받는 트러스 형식이 많이 사용되었지만, 최근에는 유체역학 연구의 발전에 따라 바람의 영향을 받기 어려운 형상으로 만든 박스형이 재검토되고 있다. 영국의 험버 교와 일본의 来島海峡大橋(라이시마 해협 대교)가 그 예시이다. 상판의 강성이 낮아 집중 하중에 취약하며, 시공 과정에서 정밀한 관리가 필요하고, 유지보수 비용이 높을 수 있다.

6. 다른 교량과의 비교 (사장교)

현수교와 사장교는 모두 케이블을 이용하여 상판을 지지하는 교량 형식이지만, 구조적인 차이가 있다. 사장교는 주탑에서 상판으로 직접 케이블이 연결되는 반면, 현수교는 주탑 사이에 걸린 주 케이블에 상판이 매달리는 형태이다.^[27] 사장교는 주탑이 상판의 하중을 직접 지지하는 반면, 현수교는 주 케이블과 앵커리지가 하중을 분담한다.

현대 토목공학 분야에서는 주탑과 그 사이에 놓이는 메인 케이블을 가지고, 그 케이블에서 수직으로 늘어뜨린 행어로프로 교량을 지지하는 교량을 현수교라고 한다. 반면, 행어로프가 없고, 여러 개의 케이블을 비스듬히 걸쳐 직접 교량을 지지하는 것은 사장교라고 불리며 구별된다.

7. 한국의 현수교

대한민국은 세계적인 수준의 현수교 기술력을 보유하고 있으며, 다수의 장대 현수교를 건설해 왔다. 1973년 남해대교가 대한민국 최초로 완공되었으며, 이후 광안대교, 이순신대교, 울산대교, 영종대교 등이 건설되었다. 고군산대교, 노량대교, 소록대교도 대한민국의 현수교이다.

7. 1. 주요 현수교

이름	위치	완공 연도	주경간 길이 (m)	비고
광안대교	부산광역시	2003년	500	아름다운 야경으로 유명
남해대교	경상남도 남해군	1973년	404	대한민국 최초의 현수교
이순신대교	전라남도 여수시~광양시	2012년	1,545	주경간 길이는 세계적인 수준
울산대교	울산광역시	2015년	1,150	산업단지와 도심을 연결
영종대교	인천광역시	2000년	300	인천국제공항과 육지를 연결, 복층 구조

8. 세계의 현수교

세계 각국에는 스토레벨트 다리, 금문교, 앰배서더 다리, 베라자노 내로스 교, 맨해튼 교, 브루클린 교, 윌리엄스버그 다리, 타워 브리지, 포스 로드 교, 간몬 교, 레인보우 브리지, 세토 대교, 아카시 해협 대교, 캐필라노 현수교, 세체니 다리, 보스포루스 교 등 다양한 형태와 규모의 현수교가 건설되어 있다.

2023년 기준 세계에서 가장 긴 주경간을 가진 현수교는 차나칼레 1915대교(2023m)이다.^[34] 아카시 해협 대교는 주경간이 1991m로, 2022년까지 세계 최장 현수교였다. 대한민국에서 가장 긴 현수교는 이순신대교(1545m)이다.

8. 1. 세계 최장 경간 현수교 (2023년 기준)

현수교는 일반적으로 주경간의 길이에 따라 순위가 매겨진다. 다음은 2023년 기준 세계에서 가장 긴 주경간을 가진 현수교 목록이다.

순위	교량명	소재국	주경간 길이 (m)	준공 연도
1	차나칼레 1915대교	터키	2,023	2022년
2	아카시 해협 대교	일본	1,991	1998년
3	양시강 대교	중국	1,700	2019년
4	시후먼 대교	중국	1,650	2009년
5	대벨트 다리	덴마크	1,624	1998년
6	오스만 가지 대교	터키	1,550	2016년
7	이순신대교	대한민국	1,545	2012년
8	룬양 대교	중국	1,490	2005년
9	난징 양쯔강 제4대교	중국	1,418	2012년
10	험버 다리	영국	1,410	1981년
11	야부즈 술탄 셀림 대교	터키	1,408	2016년

8. 2. 기타 유명 현수교

골든 게이트 교(미국, 1937년): 1937년부터 1964년까지 가장 긴 현수교였다. 또한 1937년부터 1993년까지 세계에서 가장 높은 다리였으며, 미국에서 가장 높은 다리로 남아 있다.
브루클린 교(미국, 1883년): 최초의 강선 현수교이다. 현대 현수교의 기원으로 여겨지며, 케이블 재료로 강철을 사용하고 꼬지 않은 병렬 케이블을 사용했다. 탑의 해저부 공사에 케이슨이 사용되는 등 현대의 많은 공법이 이 시대에 개발되었다. 사장교와의 복합 구조를 가지고 있다.
험버 교(영국, 1981년): 1981년에 완공될 때까지 100년 이상 세계 제일의 자리를 미국이 독점한 상황을 깼다.
세체니 다리(헝가리)

다음은 주경간(중앙경간) 길이를 기준으로 한 세계의 주요 현수교 목록이다.

순위	교량명	소재국	주경간 길이	준공연도	비고
1	차나칼레 1915대교	터키	2023m	2022년
2	아카시 해협 대교	일본	1991m^[34]	1998년	2022년까지 세계 최장
3	시차이먼 대교	중국	1650m	2009년
4	대벨트교	덴마크	1624m	1998년
5	오스만 가지 대교	터키	1550m	2016년
6	이순신대교	대한민국	1545m	2012년
7	룬양 장강 고속도로 대교	중국	1490m	2005년
8	난징 장강 제4대교	중국	1418m	2012년
9	험버교	영국	1410m	1981년	1998년까지 세계 최장
10	장음 장강대교	중국	1385m	1997년
11	칭마대교	홍콩	1377m	1997년	도로·철도 병용 현수교로서 세계 최장
12	할당에르 대교	노르웨이	1310m	2013년
13	베라자노-내로즈 교	미국	1298m	1964년	1981년까지 세계 최장
14	골든게이트교	미국	1280m	1937년	1964년까지 세계 최장
15	우한 양뤄 장강대교	중국	1280m	2007년

9. 유사 구조물

현수교와 비슷한 기술을 이용하여 경기장이나 홀 등 중앙에 기둥을 세울 수 없는 대규모 건축물의 지붕을 건설한 사례가 있다. 예로 1964년 도쿄 올림픽의 국립실내종합경기장(현 국립 요요기 경기장)이 있다.^[1] 메인 케이블은 현수교와 마찬가지로 곡선을 그리며, 거기에서 주변으로 뻗어 내려온 로프가 지붕과 일체화되어 있다.

10. 유명한 붕괴 사례

브로턴 현수교(영국)는 1826년에 건설된 철제 체인교량으로, 유럽 최초의 현수교 중 하나였다. 1831년 군인들이 같은 발걸음으로 행진하면서 발생한 기계적 공진으로 인해 붕괴되었다. 이 사건으로 영국군은 다리를 건널 때 "발걸음을 엇갈리게" 해야 한다는 명령을 내렸다.^[1]

실버 브리지(미국)는 1928년에 건설된 아이바 체인 고속도로 교량으로, 1967년 말에 붕괴되어 46명이 사망했다. 이 다리는 점검이 어려운 낮은 중복 설계를 가지고 있었다. 이 붕괴는 오래된 다리가 정기적으로 점검되고 유지 관리되도록 하는 법률 제정에 영향을 미쳤다. 붕괴 이후 유사한 설계의 다리가 즉시 폐쇄되고 결국 철거되었다. 유사하게 설계된 두 번째 다리는 더 높은 안전율로 건설되어 1991년까지 운영되었다.^[2]

타코마 내로우즈 다리(미국)는 1940년에 개통되었으나, 지속적이고 다소 강한 바람에 대한 구조적 진동에 취약했다. 판거더 상판 구조 때문에 바람으로 인해 공력탄성 플러터라는 현상이 발생하여 완공 후 몇 달 만에 붕괴되었다. 붕괴 장면은 영화에 담겼다. 붕괴로 인한 인명 피해는 없었으며, 여러 운전자들이 차에서 내려 도보로 교각에 도착했다.^[3]

야머스 현수교(영국)는 1829년에 건설되어 1845년에 붕괴되어 79명이 사망했다.^[4]

피스 리버 현수교(캐나다)는 1943년에 완공되었으며, 1957년 10월 현수교의 북쪽 교각 지반 지지대가 무너지면서 붕괴되었다. 이후 다리가 완전히 붕괴되었다.^[5]

쿠타이 카르타네가라 교(인도네시아)는 마하캄 강 위에 위치한 동 칼리만탄 지역 쿠타이 카르타네가라 현의 보르네오 섬에 있는 다리로, 1995년에 건설되어 2001년에 완공되었고 2011년에 붕괴되었다. 다리 위에 있던 수십 대의 차량이 마하캄 강으로 추락했다. 이 사고로 24명이 사망하고 수십 명이 부상당해 아지 무하마드 파리케싯 지역 병원에서 치료를 받았다. 한편 12명이 실종되었고, 31명이 중상을 입었고, 8명이 경상을 입었다. 연구 결과에 따르면 이 붕괴는 수직 매달린 클램프의 건설 실패로 인한 것이 크다. 또한 부실한 유지보수, 케이블 행어 건설 자재의 피로, 재료 품질 및 차량 용량을 초과하는 다리 하중도 다리 붕괴에 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 2013년 쿠타이 카르타네가라 교가 같은 위치에 재건축되어 아치교 설계로 2015년에 완공되었다.^[6]

2022년 10월 30일, 인도 구자라트주 모르비시 마흐추 강 위에 있는 보행자 현수교인 줄토 풀이 붕괴되어 최소 141명이 사망했다.^[7]

참조

_[1] 웹사이트 Why Turkey Built the World's Longest Suspension Bridge https://www.youtube.[...] The B1M 2022-05-11
_[2] 뉴스 Groundbreaking ceremony for bridge over Dardanelles to take place on March 18 http://www.hurriyetd[...] 2017-03-17
_[3] 웹사이트 Port Authority of New York and New Jersey - George Washington Bridge http://www.panynj.go[...] The Port Authority of New York and New Jersey 2023-02-14
_[4] 웹사이트 GW Bridge Painters: Dangerous Job on Top of the World's Busiest Bridge https://abcnews.go.c[...] ABC News 2012-11-20
_[5] 서적 Chakzampa Thangtong Gyalpo – Architect, Philosopher, and Iron Chain Bridge Builder http://archiv.ub.uni[...] Center for Bhutan Studies 2007
_[6] 서적 Lhasa and Its Mysteries https://archive.org/[...] 1905
_[7] 서적 Bhutan https://books.google[...] Lonely Planet
_[8] 서적 Chakzampa Thangtong Gyalpo http://archiv.ub.uni[...] Centre for Bhutan Studies
_[9] 웹사이트 Bridgemeister - Mohawk Wooden Suspension Bridge https://www.bridgeme[...]
_[10] 웹사이트 Burr Bridge - Scotia, NY https://www.vizettes[...]
_[11] 간행물 Schenectady and the Great Western Gateway Schenectady, NY, Chamber of Commerce 1926
_[12] 웹사이트 Iron Wire of the Wheeling Suspension Bridge http://www.si.edu/mc[...] Smithsonian Museum Conservation Institute
_[13] 서적 Bridges: Three Thousand Years of Defying Nature https://books.google[...] MBI Publishing Company 2001-11-12
_[14] 웹사이트 Menai Bridge - bridge, Wales, United Kingdom http://www.britannic[...]
_[15] 서적 The Sagar Iron Suspension Bridge Mechanics Magazine Volume 2, 1836 p. 49-53 https://books.google[...]
_[16] 웹사이트 Marlow Suspension Bridge Imray Laurie Norie and Wilson
_[17] 웹사이트 ICE Library https://www.ice.org.[...]
_[18] 서적 Transitions in Engineering: Guillaume Henri Dufour and the Early 19th Century Cable Suspension Bridges https://books.google[...] Birkhauser
_[19] 웹사이트 Cleveland Bridge Company (UK) http://www.cleveland[...]
_[20] 기타
_[21] 논문 Structural behaviour and design criteria of under-deck cable-stayed bridges and combined cable-stayed bridges. Part 1: Single-span bridges https://cdnsciencepu[...]
_[22] 서적 A Memoir of Suspension Bridges: Comprising The History of Their Origin And Progress https://books.google[...] Longman, Rees, Orme, Brown, Green & Longman
_[23] 간행물 Winding Ropes and Guide Ropes Virtue
_[24] 기타
_[25] 웹사이트 World's longest pedestrian suspension bridge opens in Portugal http://www.theguardi[...] 2021-04-29
_[26] 웹사이트 DRPA :: Delaware River Port Authority http://www.drpa.org/[...]
_[27] 기타
_[28] 뉴스 つり橋完成埼玉・秩父荒川渓谷観光施設 https://mainichi.jp/[...]
_[29] 서적 吊橋・釣橋広辞苑
_[30] 뉴스 トルコ西部に世界最長つり橋明石海峡大橋抜く https://www.tokyo-np[...]
_[31] 뉴스 ［データ］つり橋理論的には支間長4キロまで可能 1988-04-05
_[32] 간행물 日経コンストラクション日経BP 2012-03-26
_[33] 논문 我が国における明治期の近代的木造吊橋の展開(その1)木曽川及び天竜川水系における吊橋の変遷土木学会
_[34] 서적 道と路がわかる辞典日本実業出版社 2001-11-10
_[35] 서적 토목기사 과년도 시리즈 - 응용역학 성안당 2015

현수교