사장교

3. 구조 및 형식

사장교는 1595년 크로아티아-베네치아 발명가 파우스트 베란치오(Fausto Veranzio)의 저서 ''Machinae Novae''에서 그 설계가 발견되면서 역사가 시작되었다.^[36] 드라이버그 수도원 다리(Dryburgh Abbey Bridge, 1817년), 제임스 드레지 시니어(James Dredge, Sr.)가 특허를 낸 빅토리아 다리(배스)(Victoria Bridge, Bath, 1836년), 앨버트 다리(Albert Bridge, London, 1872년), 브루클린 다리(Brooklyn Bridge, 1883년)와 같이 초기 현수교 중에는 사장교 방식으로 건설된 경우가 많았다. 이 설계자들은 두 기술을 조합하면 더 튼튼한 다리를 만들 수 있다는 점을 발견했다. 존 A. 뢰블링(John A. Roebling)은 나이아가라 폭포 현수교(Niagara Falls Suspension Bridge)에서 철도 하중에 의한 변형을 줄이기 위해 이 기술을 활용했다.

미국에서 현존하는 가장 오래된 사장교는 블러프 데일, 텍사스(Bluff Dale, Texas)에 있는 E.E. 러니언의 블러프 데일 현수교(Bluff Dale Suspension Bridge, 1890년)이다.^[3][4] 20세기 초에는 A. 기슬라르의 카사뉴 다리(1899년),^[5] G. 레이네쿠겔르 르 코크의 레자드리외(Lézardrieux) 다리(1924년)^[6] 등이 건설되었다. 에두아르도 토로자(Eduardo Torroja)는 1926년 템풀에 사장교식 수로를 설계했다.^[7][8] 알베르 카코(Albert Caquot)의 콘크리트 데크 사장교(1952년)^[9]는 피에르라트(Pierrelatte)의 돈제르-몽드라곤 운하에 건설되었는데, 현대식 다리의 초기 형태 중 하나로 평가받는다.^[8] 프란츠 디싱어(Franz Dischinger)가 설계한 강철 데크의 스트룀순 다리(Strömsund Bridge, 1955년)는 최초의 현대식 사장교로 자주 언급된다.

파브리지오 데 미란다(Fabrizio de Miranda), 리카르도 모란디(Riccardo Morandi), 프리츠 레온하르트(Fritz Leonhardt) 등도 사장교 발전에 중요한 역할을 했다. 초기에는 테오도르 호이스 다리(뒤셀도르프)(Theodor Heuss Bridge (Düsseldorf), 1958년)처럼 케이블 수가 적었지만, 현대적인 구조물은 경제성을 위해 더 많은 케이블을 사용하는 경향이 있다.

사이드 스파 사장교는 한쪽 면만 지지하는 중앙 타워를 사용하며, 곡선형 다리 건설에 적합하다. 알라밀로 다리(1992)는 한쪽에만 케이블이 설치된 캔틸레버 스파를 사용하여 독특한 구조를 가지고 있다. 이 다리의 스파는 해시계 그노몬을 형성한다. 산티아고 칼라트라바는 푸엔테 데 라 무헤르(2001), 선다이얼 다리(2004), 코드 다리(2008), 아수트 데 로르 다리(2008) 등 이와 유사한 다리들을 설계했다.

3. 1. 구조

• 모노 방식은 탑에서 하나의 케이블만을 사용하며, 이 방식은 흔하게 사용되지 않는 예시 중 하나이다.
• 하프 또는 평행 방식에서, 케이블들은 거의 평행하게 배치되어 탑에 연결되는 케이블의 높이가 탑에서 데크에 케이블이 연결되는 지점까지의 거리에 비례한다.
• 팬 방식에서, 케이블들은 모두 탑의 상단에 연결되거나 상단을 통과한다. 팬 방식은 구조적으로 우수하며 탑에 가해지는 모멘트가 최소화되지만, 실용적인 이유로 수정된 팬 방식 (세미 팬이라고도 함)이 선호되며, 특히 많은 케이블이 필요할 때 사용된다. 수정된 팬 배열에서는 케이블이 탑의 상단 근처에서 끝나지만, 케이블 간 간격이 충분하여 더 나은 종단 처리, 향상된 환경 보호, 그리고 개별 케이블에 대한 접근성을 보장한다.^[11]
• 스타 방식은 비교적 드문 설계로, 케이블이 하프 방식처럼 탑에서 떨어져 있지만, 데크의 한 지점 또는 여러 개의 가깝게 배치된 지점에 연결된다.^[12]

• 단일 배열은 케이블 지지용으로 하나의 기둥을 사용하며, 일반적으로 데크의 중앙을 통과하지만, 경우에 따라 한쪽 또는 다른쪽에 위치하기도 한다. 예시: 미요 대교(프랑스)와 선샤인 스카이웨이(플로리다).
• 이중 배열은 데크 양쪽에 기둥 쌍을 배치한다. 예시: 외레순 다리(덴마크와 스웨덴)와 졸로토이 다리(러시아).
• 포털은 이중 배열과 유사하지만, 두 기둥의 상단을 연결하는 세 번째 부재가 있어 문과 같은 모양 또는 포털을 형성한다. 이는 특히 횡방향 하중에 대해 추가적인 강성을 제공한다. 예시: 헤일 보그스 다리(루이지애나)와 키루미 다리(탄자니아).
• A자형 설계는 포털과 개념이 유사하지만, 두 기둥을 서로 기울여 상단에서 만나도록 하여 세 번째 부재의 필요성을 없앰으로써 동일한 목표를 달성한다. 예시: 아서 레이브넬 주니어 다리(사우스캐롤라이나), 헬겔란드 다리(노르웨이) 및 크리스토퍼 S. 본드 다리(미주리).
• H자형 설계는 하단의 포털과 상단의 이중을 결합한다. 예시: 그렌란드 다리(노르웨이), 바스쿠 다 가마 다리(포르투갈) 및 존 제임스 오듀본 다리(루이지애나).
• 역 Y자형 설계는 하단의 A자형과 상단의 단일을 결합한다. 예시: 노르망디 다리(프랑스)와 인천대교(대한민국).
• M자형 설계는 두 개의 A자형을 결합하여 각 탑이 다른 쪽 측면에 위치하여 M자를 형성한다. 이러한 유형의 배열은 드물며, 외로운 A자형 배열이 너무 약할 넓은 교량에서 주로 사용된다. 예시: 프레드 하트만 다리(텍사스)와 계획된 자매 교량인 쉽 채널 다리(텍사스).

평면 형상으로는, 상판 중앙의 케이블만으로 지지하는 1면 매달기, 상판 양측면의 케이블로 지지하는 2면 매달기가 있다.

케이블의 개수도 설계상 자유도가 있다. 개수를 적게 하는 편이 구조 계산이 용이해진다. 개수를 많이 하는 편이 케이블 1개당 작용하는 힘은 작아진다.

교각 또는 주형이라고도 하며, 사람이나 차량이 통행하는 부분이다. 형태는 트러스나 상자형이 있지만, 근년에는 상자형이 많다. 탑의 좌우에서 균형을 잡기 위해, 일반적으로 주탑 2개인 경우 측경간과 중앙경간의 길이의 비를 1:2:1, 주탑 1개인 경우에는 1:1로 한다. 다만, 주탑이 2개라도 이쿠치 대교 등 측경간을 무겁게, 중앙경간을 가볍게 제작하여 균형을 잡고, 중앙경간을 더 길게 만드는 예도 있다.

3. 2. 형식

• 모노 방식: 주탑에서 하나의 케이블만 나오는 방식이다.
• 하프 방식: 케이블이 거의 평행하게 배치되며, 케이블이 주탑에 연결되는 높이는 데크에 연결되는 지점까지의 거리에 비례한다.
• 팬 방식: 모든 케이블이 주탑 꼭대기에 모이는 방식이다. 구조적으로 우수하지만, 실제로는 케이블 간 간격을 확보한 수정된 팬 방식(세미 팬)이 주로 사용된다.^[11]
• 스타 방식: 케이블이 주탑에서 떨어져 있지만, 데크의 한 지점 또는 가까운 여러 지점에 연결되는 방식이다.^[12]

사장교의 주탑 배열은 다음과 같이 일곱 가지 주요 유형으로 나뉜다.^[10]

• 단일형: 하나의 기둥으로 케이블을 지지한다.
• 이중형: 데크 양쪽에 기둥 쌍을 배치한다.
• 포털형: 이중형과 유사하지만, 두 기둥 상단을 연결하는 부재가 추가되어 문과 같은 형태를 이룬다.
• A자형: 두 기둥이 상단에서 만나도록 기울어져 A자 형태를 이룬다.
• H자형: 하단은 포털형, 상단은 이중형을 결합한 형태이다.
• 역 Y자형: 하단은 A자형, 상단은 단일형을 결합한 형태이다.
• M자형: 두 개의 A자형을 결합한 형태로, 각 탑이 다른 쪽에 위치하여 M자를 형성한다.

4. 현수교와의 비교

현수교와 사장교는 유사해 보일 수 있지만, 원리와 건설 방식에서 상당히 다르다. 현수교에서는 커다란 주 케이블(보통 두 개)이 교탑 사이에 매달려 있으며, 양쪽 끝에서 지면에 정착된다. 이는 지반 상태가 좋지 않을 경우 구현하기 어려울 수 있다. 교탑의 베어링 위에서 자유롭게 움직이는 주 케이블은 다리 상판의 하중을 지탱한다. 상판이 설치되기 전, 케이블은 자체 무게로 인해 장력을 받는다. 주 케이블을 따라 더 작은 케이블 또는 로드가 다리 상판에 연결되어 섹션별로 들어올려진다. 이렇게 하면 케이블의 장력이 증가하며, 이는 다리를 건너는 차량의 활하중에서도 마찬가지이다. 주 케이블의 장력은 정착 지점에서 지면으로 전달되고, 교탑에 작용하는 아래쪽 압축 부재에 의해 전달된다.

• 현수교보다 훨씬 더 큰 강성을 가져 활하중 하에서 상판의 변형이 감소한다.
• 교탑에서 캔틸레버 방식으로 건설될 수 있다. 케이블은 다리 상판에 대한 임시 및 영구 지지대 역할을 한다.
• 대칭 다리(교탑 양쪽의 경간이 동일한 경우)의 경우, 수평력이 균형을 이루어 큰 지면 정착이 필요하지 않다.

5. 세계의 사장교

사장교는 1595년으로 거슬러 올라가며, 이 설계는 크로아티아-베네치아 발명가 파우스트 베란치오(Fausto Veranzio)의 저서 ''Machinae Novae''에서 발견되었다. 드라이버그 수도원 다리(Dryburgh Abbey Bridge, 1817년), 제임스 드레지 시니어(James Dredge, Sr.)가 특허를 낸 빅토리아 다리(배스)(Victoria Bridge, Bath, 1836년), 앨버트 다리(Albert Bridge, London, 1872년)와 브루클린 다리(Brooklyn Bridge, 1883년)를 포함하여 초기 현수교의 많은 부분이 사장교 방식으로 건설되었다. 이들의 설계자들은 기술의 조합이 더 튼튼한 다리를 만들어낸다는 것을 발견했다. 존 A. 뢰블링(John A. Roebling)은 나이아가라 폭포 현수교(Niagara Falls Suspension Bridge)의 철도 하중에 의한 변형을 제한하기 위해 이 기술을 활용했다.

미국에서 현존하는 가장 오래된 사장교는 블러프 데일, 텍사스(Bluff Dale, Texas)에 있는 E.E. 러니언의 블러프 데일 현수교(Bluff Dale Suspension Bridge, 1890년)이다.^[3][4] 20세기 초 사장교의 예로는 A. 기슬라르의 카사뉴 다리(1899년),^[5] G. 레이네쿠겔르 르 코크의 레자드리외(Lézardrieux) (브르타뉴(Brittany), 1924년)에 건설된 다리가 있다.^[6] 에두아르도 토로자(Eduardo Torroja)는 1926년 템풀에 사장교식 수로를 설계했다.^[7][8] 알베르 카코(Albert Caquot)의 1952년 콘크리트 데크 사장교^[9]는 피에르라트(Pierrelatte)의 돈제르-몽드라곤 운하에 건설되었으며, 현대식 다리의 초기 형태 중 하나이다.^[8] 프란츠 디싱어(Franz Dischinger)가 설계한 강철 데크의 스트룀순 다리(Strömsund Bridge, 1955년)가 최초의 현대식 사장교로 언급된다.

파브리지오 데 미란다(Fabrizio de Miranda), 리카르도 모란디(Riccardo Morandi), 프리츠 레온하르트(Fritz Leonhardt)도 초기 사장교 발전에 기여했다. 이 시기의 초기 다리들은 테오도르 호이스 다리(뒤셀도르프)(Theodor Heuss Bridge (Düsseldorf), 1958년)에서와 같이 매우 적은 수의 케이블을 사용했다. 그러나 현대적인 구조물은 더 많은 케이블을 사용하는 경향이 있다.

• 자우르날리스타 펠리페 다우 다리는 아마조나스강의 히우 네그루를 가로지르며, 브라질에서 네 번째로 긴 다리이다.(2011년 개통)^[15][16]
• 아더 레이브넬 주니어 다리는 사우스캐롤라이나주 찰스턴의 쿠퍼강을 건너는 다리로, 2005년에 개통되었다.^[17]
• 브루클린 다리는 현수교로 유명하지만, 케이블도 가지고 있다.
• 파나마 시티에 있는 센테니얼 다리는 파나마 운하를 건너는 총 길이 1.05km의 6차선 차량 통행 다리이다.

• 에라스무스 다리는 네덜란드 로테르담의 뉘우에 마스강을 건너는 다리이다.

• 골든 혼 메트로 다리는 이스탄불의 옛 반도와 갈라타 지구를 연결하며, 터키 최초의 사장교이다.
• 현재 건설 중인 고디 호우 국제 다리는 미시간주 디트로이트와 온타리오주 윈저를 연결하며, 2025년에 완공되면 북미에서 가장 긴 주 경간(853m)을 갖게 된다.
• 자싱-사오싱 해상 대교는 항저우만을 가로질러 10100m에 걸쳐 있는 8차선 구조로, 2013년 7월 23일에 개통되었으며, 현재 세계에서 가장 긴 사장교이다.
• 존 제임스 오듀본 다리(미시시피강)는 루이지애나주 뉴 로드와 세인트 프랜시스빌 사이의 미시시피강을 건너는 서반구에서 가장 긴 사장교이다.
• 캅 수이 문 다리는 개통 당시 가장 긴 경간을 가진 도로-철도 사장교이다.
• 코슈치우슈코 다리는 뉴욕시의 브루클린과 퀸즈 자치구를 연결하며, 2017년과 2019년에 두 개의 경간이 개통되었다.^[18]

• 미국 텍사스 댈러스에 있는 마가렛 헌트 힐 다리는 2012년에 개통되었으며, 트리니티강을 가로지른다.^[19][20]
• 밀로 다리는 세계에서 가장 높은 교각(높이 341m)을 가진 다리로, 프랑스의 타른강을 가로지른다.

• 모스트 SNP(노비 모스트)는 브라티슬라바의 도나우강을 가로지르는 세계에서 가장 긴 사장교(주 경간 303m)이다.
• 옥타비오 프리아스 데 올리베이라 다리는 2008년에 상파울루의 피네이루스강을 건너는 다리이다.
• 외레순 다리는 주 경간이 490m이고 총 길이가 7.85km인 2차선 철도와 4차선 도로를 결합한 다리이다.

• 펠레샤츠 다리는 크로아티아 두브로브니크-네레트바 주에 있는 도로 다리(길이 2404m)이다.
• 페놉스콧 내로우스 다리 및 전망대는 타워 중 하나 꼭대기에 전망대가 있는 도로 다리이다.
• 모란디 다리는 2018년 8월 14일 폭우로 일부 붕괴되었다.
• 노르망디 다리는 프랑스 노르망디의 센강을 건너는 다리이다(1988–1995).
• 퀸스페리 크로싱은 스코틀랜드의 도로 다리로, 2017년에 완공되어 세계에서 가장 긴 3탑 사장교(2700m)가 되었다.^[22]
• 브로톤 다리는 1977년에 개통된 최초의 현대식 사장교이다.
• 스페인 비고 근처의 란데 다리는 건설 당시 세계에서 가장 길고 가느다란 경간을 가진 고속도로 사장교이다(1973–1977).
• 리오-안티리오 다리는 그리스 파트라스 근처의 코린토스만을 건너는 다리이다.

• 루스키 다리는 세계에서 가장 긴 경간(1104m)을 가진 사장교로, 러시아 블라디보스토크에 있다.

• 세컨드 세번 크로싱은 잉글랜드와 웨일스 사이에 있으며, 길이는 약 5.13km이다.^[23]
• 선샤인 스카이웨이 다리는 1987년에 개통된 미국 플로리다주에 위치해 있으며, 탬파 근처에 있다.
• 수르구트 다리는 세계에서 가장 긴 단일 교각 사장교로, 러시아 시베리아의 오비강을 건너는 다리이다.
• 중국 동부에 있는 수퉁 양쯔강 다리는 두 번째로 긴 사장교 경간(1088m)을 가지고 있다.
• 태판지 다리는 2017년과 2018년에 개통된 쌍둥이 데크 사장교이다.
• 틸리쿰 크로싱은 오리건주 포틀랜드에 있는 다리로, 2015년에 완공되었다.
• 팅 카우 다리는 세계 최초의 주요 4경간(3개의 타워) 사장교이다.
• 바리나-에논 다리는 I-295를 통해 버지니아주 헨리코와 체스터필드 카운티 사이의 제임스강을 건너는 다리이다.
• 포르투갈 리스본의 바스코 다 가마 다리는 유럽에서 가장 긴 다리이다.
• 레너드 P. 자킴 벙커 힐 기념 다리는 매사추세츠주 보스턴 시내에 있으며 찰스강을 가로지른다.
• 카중굴라 다리는 잠비아와 보츠와나 사이의 잠베지강을 가로지르는 도로 및 철도 다리이다.
• 사라테–브라조 라르고 다리는 아르헨티나의 파라나 구아수강과 파라나 데 라스 팔마스강을 가로지르는 다리(1972–1976)이다.
• 비디야사거 세투는 제2 후글리 다리라고도 불리며, 후글리강을 가로지르는 인도의 최초이자 가장 긴 다리이다.

6. 갤러리

참조

_[1] 웹사이트 Types of Bridges http://www.historyof[...] 2020-10-12
_[2] 뉴스 Popular Cable-Stay Bridges Rise Across U.S. to Replace Crumbling Spans https://www.scientif[...] 2017-04-30
_[3] 웹사이트 Bluff Dale Suspension Bridge http://hdl.loc.gov/l[...] Library of Congress
_[4] 웹사이트 Barton Creek Bridge http://hdl.loc.gov/l[...] Library of Congress
_[5] 좌표
_[6] 좌표
_[7] 좌표
_[8] 서적 Bridge Engineering: A Global Perspective Thomas Telford
_[9] 좌표
_[10] 웹사이트 Cable Stayed Bridge https://web.archive.[...] 2016-05-13
_[11] 웹사이트 "Comparison Between Three Types of Cable Stayed Bridges Using Structural Optimization" http://ir.lib.uwo.ca[...] 2012-10
_[12] 서적 International Conference on Suspension, Cable Supported, and Cable Stayed Bridges: November 19–21, 1999, Hyderabad https://books.google[...] Universities Press (India)
_[13] 간행물 Bridges with multiple cable-stayed spans 2001-02-01
_[14] 보도자료 Bridging To The Future Of Engineering https://web.archive.[...] American Society of Civil Engineers 2008-03-08
_[15] 웹사이트 First Amazon bridge to open world's greatest rainforest to development https://www.theguard[...] 2020-01-19
_[16] 웹사이트 Rio Negro Bridge, $400-Million Economic Link, Opens in Amazon Basin https://www.enr.com/[...] 2021-12-07
_[17] 웹사이트 United States: The longest cable-stayed bridge in the West https://www.lafargeh[...] 2015-08-14
_[18] 뉴스 The City's Most Hated Bridge Gets a Nearly $1 Billion Makeover https://www.nytimes.[...] 2019-08-29
_[19] 웹사이트 Margaret Hunt Hill Bridge, 2012 OCEA http://www.texasce.o[...] Texas Section-American Society of Civil Engineers 2017-01-05
_[20] 웹사이트 Outstanding Civil Engineering Achievement Awards http://www.texasce.o[...] Texas Section-American Society of Civil Engineers 2017-01-05
_[21] 웹사이트 Margaret Hunt Bridge, Dallas, USA https://web.archive.[...] European Convention for Constructional Steelwork 2017-01-05
_[22] 웹사이트 Queensferry Crossing | the Forth Bridges https://www.theforth[...]
_[23] 웹사이트 Cable Stays: Second Severn Crossing https://freyssinet.c[...]
_[24] 뉴스 世界最長の斜張橋が完成　毎日新聞2012年04月14日 http://mainichi.jp/s[...] 毎日新聞 2012-04-14
_[25] 문서 片持ち式の斜張橋では、アンカーを用いる場合（例：[[秩父橋]]）と、橋脚を傾けて全体のバランスを取る場合（例：[[雑炊橋]]）、両者を組み合わせる場合がある。
_[26] 문서 斜版橋の例として、九州新幹線の川内川橋梁がある。
_[27] 서적 橋の構造と建設がわかる本 ナツメ社 2012-03-26
_[28] 웹사이트 道路改築事業国道４０１号 土出 ・ 戸 倉 工区（ 尾 瀬 古 仲 橋 ） https://www.zenken.c[...] 全日本建設技術協会 2024-05-19
_[29] 웹사이트 斜張橋とは http://www.fujips.co[...] 株式会社富士ピー・エス 2017-03-31
_[30] 문서 世界初の曲線斜張橋。
_[31] 문서 現在の下り線専用の橋。上り線専用の橋は2007年に供用。
_[32] 문서 先代の橋は日本初の斜張橋。
_[33] 문서 長良川の「鵜飼い」にちなみ、主塔を鵜匠に、ケーブルを手綱に、橋桁を鵜船に見立てた独特の造りになっている。
_[34] 문서 複合構造のS字型曲線斜張橋としては日本国内初。
_[35] 문서 Y字橋脚と斜張橋との複合型。
_[36] 서적 토목기사 과년도 시리즈 - 응용역학 성안당 2015