아치에 가해지는 외부 하중을 아치부재의 축력으로 저항하며 이를 아치 지지점으로 전달하는아치부재의 특징상 지지점에서는 연직력과 함께 수평력이 발생하게 됩니다. 일반적인 지반은 수평력에 저항 힘이 연직력에 비해 작으므로 수평력에 대해 지반이 충분히 저항하지 못하는 경우에는  전체 구조에 문제가 발생하게 됩니다. 특히 아치의 지지점이 교각위에 놓이는 하로 아치교의 경우, 이러한 수평력에 충분히 저항할 수 있도록 교각을 더 튼튼하게 만들어야 합니다.

이러한 수평력을 감소시키기 위하여 아치 지지점사이에 Tie를 설치하여 수평력을 부담하게 하는 것이 보강아치의 기본 개념입니다. 보강아치는 아치리브와 보강형의 강성차이에 따라 타이드 아치, 랭거 아치, 로제 아치 등으로 구분합니다.

일반아치(무보강) / 보강아치 개요

 

① 일반아치 (무보강 아치)

 -  2힌지 아치교 (2-Hinged Arch Bridge)

일반아치교에서 가장 폭넓게 사용되는 형식으로 미관 및 경제성이 우수하나 지반상태가 좋은곳에서 적용가능합니다. 아치리브를 트러스구조의 Braced Rib를 적용하였을 경우 300m 이상의 교량에도 적용가능합니다.


Washington Bridge(맨 앞), Newyork, 미국 / 지점부 힌지

 


 - 3힌지 아치교 (3-Hinged Arch Bridge)

3힌지 아치는 2힌지 아치의 크라운에 힌지를 추가하여 정정구조로 만든것입니다. 그러나 교량의 중앙에 힌지를 설치하는 것은 힌지에서의 처짐이 과다해지고, 내구성이 저하되어 초기 아치교 이후로는 거의 사용되지 않는 구조입니다.

High Bridge, Newyork, 미국 / High Bridge의 내부힌지

 

 

 - 고정 아치교 (Fixed Arch Bridge)

아치교로서는 가장 경제적인 형식이나 지점에서 수평반력 외에 고정모멘트가 크기 때문에 이에 따라 요구되는 지지력이 크므로 지반의 지지력이 양호한 곳에 적용합니다. 다른형식에 비해 강성이 크므로 처짐량은 적으나 장지간의 아치교에서는 부가응력이 상당히 커지는 단점이 있습니다.
고정아치교는 지점을 힌지로 처리하기 곤란한 콘크리트 교에 주로 사용됩니다.

Ponte da Arrábida, Porto / 아치지점

 

 

② 보강아치
 - 타이드 아치교 (Tied Arch Bridge)

타이드 아치교는 아치리브에서의 수평반력을 Tie로 부담시켜 아치 지점부에서는 연직반력만이 전달됩니다. 따라서 수평력이 크게 작용하지 않아 지반상태가 양호하지 않은 곳에서도 적용가능한 형식입니다.
그러나 아치리브가 과대해지는 경향이 있어 경제성 측면에서 불리한 단점이 있습니다.

한강대교, 서울 / 워싱턴의 tied-arch교

 



 - 랭거 아치(Langer Girder)


랭거교는 고안자인 오스트리아의 Langer의 이름을 딴 것으로 아치리브 강성보다 보강형의 강성이 크고 수직재와 다른 부재와의 결합을 Pin 구조로 가정하여 아치리브가 주로 축력을 전담하게 합니다. 그러나 아치리브와 보강형의 접속부가 복잡하고, 로제 아치에 비해 아치리브의 강성이 작으므로 수직재(Hanger)의 간격이 좁아지는 단점이 있습니다. 50~200m까지 적용할수 있다고 알려져 있습니다.

동작대교, 서울 / 부여대교, 충남 부여읍

 



 - 로제 아치(Lohse Girder)

 

로제 아치는 휨강성을 가지는 아치리브와 보강거더를 양단에서 연결하고 아치리브와 보강거더간을 양단힌지의 수직재로 연결한 구조이며, 랭거교와 타이드아치교의 중간적인 성질을 갖습니다. 아치리브의 강성이 크기 때문에 랭거교에 비해 수직재 간격을 늘릴수 있으며 아치리브와 보강형의 접속부 연결이 용이합니다.

양화대교, 서울 (출처: 나무위키)

 


 - 닐센 아치(Nielsen System)


Nielsen계는 스웨덴의 O.F Nielsen에 의해 제안된 교량형식으로 타이드아치, 랭거교, 로제교 등이 수직재를 Flexible한 사인장재 (Rod, 강봉) 및 Cable로 대신한 수직재를 Warren Truss형으로 조립한 교량을 총칭하여 Nielsen계 교량이라고 합니다. 한강의 서강대교가 아치지간 150m로 대표적인 예입니다. 닐센계 교량은 경사재가 교량의 전단변형 억제에 기여하여 일반아치교에 비해 처짐이 작으며 장경간에 유리합니다. 

서강대교, 서울 / 탄금대교, 충북 충주

 

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