교량의 종류를 분류하는 방법은 사실 명확하게 정립된 방법이 존재하지 않습니다. 그래서 제 나름대로 정리한 것이 제 블로그의 교량의 종류 카테고리에 있는 글 들이며 당연히 제 글들이 정답은 아니라는 점 밝혀드립니다.
교량은 분류하는 기준은 상부구조의 형식, 지지조건, 거더와 상판의 연결, 재료, 교면 위치 및 용도 등 여러 가지가 있으며, 보통 상부구조의 형식에 따른 분류가 가장 널리 사용됩니다. 하지만 교량형식명에 반드시 상부구조의 형식만을 나타내는 건 아니며 재료나 교면 위치 등 다른 세부 정보가 포함되어 있기도 합니다. 예를 들어 널리 사용되고 있는 강합성상형교(Steel Box Girder Bridge) 같은 경우, 아래와 같은 의미/정보를 가지고 있습니다.
| 강(鋼) | 합성(合成) | 상(箱) | 형(桁) | 교(橋) |
| 재료 :강재(Steel) |
거더와 바닥판 연결상태 : 합성구조(Composite) | 형태 : 상자(Box) |
상부구조 : 거더(Girder) |
다리(Bridge) |
보통의 교량형식명은 설계자가 상부구조에 대한 정보를 기본으로 필요한 세부정보(세부 구조, 재료, 교면 위치 등)를 추가하여 사용하고 있습니다.
먼저 상부구조 종류에 따른 분류를 살펴보면 아래와 같습니다. 기타 분류 방법은 다음 포스트에 기술하겠습니다.
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상부구조 형식에 따른 분류
교량 계획시 어떤 구조로 만들 것인지에 대한 결정은 교량이 가설되는 곳의 환경(장해물의 위치, 지반조건 등), 경제성, 시공성 등 여러 가지 조건들을 고려하여 이루어지게 됩니다. 따라서 어떤 형식이 더 좋고 나쁨이 아니라 각 구조 형식별로 특성, 장단점 등을 고려하여 주어진 환경에 부합되도록 선택하는 것이 중요하다고 생각합니다. 시골 새마을 다리로 사장교를 놓을 수는 없으니까요..
교량의 주 부재가 슬래브인 교량입니다. 주로 15~30m 정도의 단경간의 소교량에 많이 적용되며, 슬래브의 구조에 따라 RC슬래브, PSC 슬래브, 중공 슬래브교 등이 있습니다.
라멘(Rahmen)은 Frame의 독일어이며 수직부재인 기둥과 수평부재인 보를 강결로 연결한 구조를 의미합니다. 이를 교량에 적용한 라멘교는 상부구조와 하부구조를 강결로 연결함으로써 전체 구조의 강성을 높이고 상부구조에 휨모멘트를 하부구조가 함께 부담하게 하여 슬래브교 대비 상부구조를 최적화할 수 있습니다. 라멘교는 교각의 높이가 그리 높지 않은 단경간의 교량에서 사용하는 것이 경제적이며 보통 고속도로 횡단교량이나 15~30m 소교량에 많이 적용됩니다.
거더(보,형)를 교량 종방향(차량 진행방향)으로 가설한 교량으로 일반적으로 가장 널리 많이 사용되는 형식입니다.
거더의 종류에 따라 강합성상형교(스틸박스거더교), 강상판형교, T형교, 플레이트 거더교, PSC Beam교, RC거더교, PSC Box 거더교,강판형교(플레이트거더교), 프리플렉스 빔교 등이 있습니다. 일반적으로 거더의 종류/형식에 따라 25m에서 200m까지 폭넓은 지간 범위에 적용이 가능하며 300m 이상에 적용되기도 합니다. (Stolmasundet Bridge, 301m, PSC Box Girder교)
- 트러스교(Truss bridge)
몇 개의 직선 부재를 한 평면 내에서 연속된 삼각형의 뼈대 구조로 조립한 것을 트러스(Truss)라고 하는데 이 트러스를 사용한 교량입니다. 트러스의 형상에 따라 WARREN 트러스, K트러스, PRATT 트러스교, PARKER 트러스 등으로 분류합니다. 보통 50~100m 정도 경간에 적용됩니다.
- 아치교(Arch Bridge)
아치교는 아치를 주부재로 하는 교량입니다. 아치구조는 호 형태로 아치에 가해지는 외력을 아치의 축선을 따라 압축력으로 저항하는 구조입니다. 이러한 아치구조의 특성을 고려하여 예로부터 압축력에 강한 석재를 사용한 아치구조를 건물이나 교량 등에 널리 적용되어 왔습니다.
아치교는 미관이 수려하고 거더교에 비해 경간장을 길게 만들 수 있어 현재까지도 널리 사랑받는 교량형식입니다. 50m에서 200m 정도의 중경간에 적용되며 500m 이상에도 적용되기도 합니다(New River George, 518m)
- Extradosed교
Extrados는 "아치의 위쪽 혹은 바깥쪽 곡선, the upper or outer curve of an arch" 라는 의미이며 Extradosed 교는 1980년도에 설계개념이 정립되어 시공되기 시작하였습니다. 일반적인 PSC Box Girder 거더교는 지점부에서 Prestress 강재를 거더의 축력과 저항 모멘트의 증가를 위해 거더 내 상부에 배치하는데 이때 편심효과를 더욱 극대화하기 위하여 Prestress 강재를 거더의 유효높이 이상으로 위치시킨 (즉, 거더 외부에 Prestress 강재가 배치된, extrados에 위치한) 형태의 교량이 Extradosed교 입니다
초창기에는 거더 상면에 벽체를 시공하여 PS 강재를 매입하는 형태였으나 이후 PS강재를 외부에 노출한 형태가 나타났습니다. 케이블의 노출 여부에 따라 벽속에 배치한 사판교와 외부케이블 형태인 경우 사장외케이블 방식으로 분류 합니다. 사장외 케이블 방식의 경우 사장교와 비슷한 외형을 가지나 주탑이 사장교에 비해 현저히 낮고 교량의 거동은 사장교보다는 PSC Box Girder교에 더 가깝습니다. 보통 120m에서 200m 정도의 중장경간 교량에 적용하는 것이 경제적입니다.
- 사장교(Cable Stayed Bridge)
사장교는 중간의 교각 위에 세운 주탑으로부터 비스듬히 내려 드리운 케이블로 교량상판을 매단 형태의 교량입니다. 1784년 C.J.Loscher에 의하여 세상에 처음으로 모습을 선보인 후, 1818년과 1824년에 두 개의 교량이 연속해서 붕괴되면서 그 발달이 지체되었다가 1955년 스웨덴에 Stromsund교가 건설되면서 다시 교량 기술자들에게서 각광을 받아오고 있는 교량형식입니다. 사장교에 작용하는 하중의 일부가 케이블의 인장력으로 지지되기 때문에 사장교 보강형은 케이블 정착점에서 탄성 지지된 구조물로서 거동합니다. 200m~600m 정도의 경간에 주로 적용되고 있습니다. 사장교의 경간장이 길어질수록 케이블에 의한 압축력이 보강형에 누적되어 1000m 이상의 사장교는 실현하기 어렵다고 알고 있었는데, 2000년대 후반부터 1000m가 넘는 사장교들이 속속 건설되고 있습니다. 최장 사장교는 2012년 완공된 러시아 블라디보스토크의 Russky Bridge(중앙경간 1104m) 입니다.
- 현수교(Suspension Bridge)
현수교란 주탑(Tower) 및 앵커리지(Anchorage)로 주케이블(Main Cable)을 지지하고 이 케이블에 행어(Hanger)로 보강형을 매달아 지지하는 교량형식입니다. 사장교와는 달리 보강형에 압축력이 거의 발생하지 않아 사장교보다 더욱 긴 경간에 적용이 가능하여 1,000m 이상의 초장대교는 대부분 현수교가 적용됩니다. 교량 상판이 현수 케이블에 매달린 구조로 다른 교량에 비해 유연하여 바람에 의한 영향을 면밀히 검토하여야 합니다. 보강형의 형식은 트러스와 박스거더 형태가 주로 사용되며, 주케이블의 고정방법에 따라 타정식 (earth-anchored)과 자정식(self-anchored) 현수교로, 경간구성에 따라 단경간 현수교, 3경간 2힌지 현수교, 3경간 연속 현수교, 다경간 현수교 등으로 구분합니다.. 세계 최장 경간 교량은 일본의 Akashi Kaikyo Bridge(1991m)이며 2022년 완공 예정인 터키의 1915 차낙칼레 교량의 중앙경간은 이보다 긴 2023m 입니다.
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