썬로드의 교량이야기

Harvard Bridge와 길이단위 Smoot



구글어쓰에서 길이를 재다보니 Smoot라는 단위가 있습니다.
이건 어디서 쓰는 단위지? 하다가 생각하다가 찾아보게 되었습니다.

Google Earth에 길이 단위중 하나인 Smoot


Smoot 단위는 미국 보스턴의 한 교량과 관련이 있었네요..

바로 미국 보스턴과 케임브리지 지역을 잇는 Harvard Bridge 입니다.
형식은 Plate Girder교로 Charles 강을 횡단하며, 총연장은 659.82m, 교폭은 21.13m 입니다.
Harvard Bridge 1891년 완공되었으며 1988~1989에 개보수 공사를 하였습니다.

Harvard Bridge는 Smoot란 길이단위로도 유명해서 Smoot Bridge라고도 불린다고 합니다.

Harvard Bridge 전경


1958년 10월 어느 날 밤, 보스턴 시내와 케임브리지 지역을 잇는 Harvard Bridge에 청년 Oliver R. Smoot와 그의 친구들이 나타났습니다. Smoot가 수없이 누웠다 일어났다를 반복하는 동안 친구들은 페인트로 바닥에 금을 그어나가며 표시를 했습니다. 

교량길이를 재는 Smoot와 친구들

보도부에 10 smoot마다 표시가 되어있다.

이들은 MIT 학생들로 다리 길이가 얼마나 되는지를 일행중 키가 가장 작은 Smoot(1m70cm)의 몸으로 재보기로 한 것이었습니다. 10 Smoot마다 페인트로 표시하며 측량한 결과 다리의 길이는 '364.4 Smoot + one ear' 였다고 합니다.

교량 길이는 364.4 Smoot + one ear






Oliver R. Smoot 일행이 표시한 다리의 Smoot 표시는 이들이 졸업한 후에도 후배들에 의해 계속 덧칠되면서 MIT 문화의 상징이 됐다고합니다. 80년대 말 다리가 보수 공사에 들어갔으나 보스턴시는 표시를 남겨둔 것은 물론, 다리의 보도 폭을 1 Smoot로 바꾸기까지 했습니다. 이 사실은 Oliver R. Smoot 가 미국 기준협회에서 회장까지 지내고 은퇴한 후인 2005년 워싱턴 포스트를 통해 세상에 알려졌습니다.

또한 웹사이트 구글에서는 Smoot 를 길이의 단위로 채택하였으며('1smoot=?m'라고 검색창에 넣으면 1 smoot = 1.7018 m 라고 나옵니다. ^^), 구글 어쓰에서도 Smoot로 길이를 잴수 있습니다. MIT는 지난해 10월 Smoot를 초청해 ‘Smoot 50주년 기념식’을 가졌다고 합니다. ^^

그리고 이 이야기의 주인공인 Oliver R. Smoot는 버클리 대학의 교수로 재직하면서 "우주 초단파(마이크로웨이브) 배경복사의 이방성(異方性)과 흑체(黑體) 형태의 발견"의 공로를 인정받아 2006년 노벨물리학상 까지 수상했습니다.
노벨상을 받은 Smoot는 George Smoot로 이 포스트의 주인공 Oliver R. Smoot의 사촌이라고 합니다. 정정합니다.

Google Street View에서 찾아본 Smoot 표시, 2015년 촬영본

어찌보면 젊은이들의 객기로 비쳐질수 있는 사건이 낭만으로, 전설로, 그리고 역사로 남을수 있는 사회적 분위가 부러울 따름입니다.
예전에 올렸던 '브리티시 콜롬비아 대학(UBC) 공대생들의 장난" 이라는 포스트에서도 볼수 있듯이 말이죠..
아마 이러한 사회적 분위기가 미국의 과학을 발전시키는 원동력이 되지 않았나 생각됩니다.

한편으로는 과연 내가 학생일때, 공대생으로서 저런 객기, 낭만, 패기를 가지고 있었나 하는 생각도 듭니다. (술먹고 객기는 많이 부렸죠...--;;)

대학입학하여 멋모르고 대학생활 하다보면 군대걱정 해야하고, 군대 다녀오면 취직걱정 해야하고, 취직하면 짤릴걸 걱정해야하는 우리 자신이 바로 우리의 발목을 잡고 있는건 아닐까 생각해 봅니다.


Harvard Bridge





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지붕이 있는 다리... 중국의 풍우다리


인터넷검색을 하다 재밌는 교량을 발견했습니다.

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세계 최대규모의 목조 교량인 청양 풍우교

중국에는 풍우교라는 독특한 다리가 있습니다. 풍우교(風雨橋)는 화교(花橋)라고도 불리는데, 일반 다리와 달리 다리위에 지붕이 씌워져 있고 교각부에는 고루(큰북을 달아놓은 누각)가 있는 독특한 다리입니다.
다리양쪽에는 의자가 있어 마을사람에게는 화합의 장이 되고 길가던 나그네의 쉼터 역활도 하는 다리입니다.
 얼마전 전주천에 한옥다리를 세운다는 기사를 소개해 드렸는데...
차라리 한옥다리를 이런식으로 세웠으면 어떨까 싶습니다. 좀더 간결하게 해서요...^^
보차도 겸용이니까 지붕씌우는건 좀 그렇네요... 매연이 지붕에 꽉 차겠네요...
아무튼 나중에 보도교 설계하면 함 써먹어봐야겠습니다. (근데 비싸서 안되겠지요...-.-;;)

풍우다리 중 청양(程陽)풍우다리는 세계에서 규모가 가장큰 목조교량입니다.

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청양(程陽)풍우다리1

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청양(程陽)풍우다리2


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풍우교 내부 - 양쪽에 의자가 있다

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청양(程陽)풍우다리3



또한 지평(地坪)의 풍우교도 유명하답니다....^^
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지평(地坪)의 풍우교 - 1894년에 처음 세워졌으며 1959년 화재로 소실됐다가 1964년 중건되었습니다. 교량연장은 70m, 폭 4.5m, 높이 8m



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상부구조에 따른 교량의 종류(3)...거더교⑧(PSC빔교)


PSC빔교는 I형의 프리스트레스 콘크리트 거더 위에 교량 슬래브를 얹은 형태의 교량으로 주로 20~40m의 단지간에 많이 적용되는 교량입니다.
다른 거더교에 비해 공사비가 저렴하여 그리 긴 지간장이 필요없는 경우에 많이 사용됩니다.

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PSC빔교의 구성


공사비가 저렴하다 보니 민자도로는 거의다 PSC빔으로 많이 설계하더군요..--;;
PSC빔교는 30m 지간에서 형고가 보통 2m 정도로 형고가 다소 높은 편인데 하부에 도로가 있거나 해서 형하공간을 확보하기 PSC빔교에 비해 형고를 낯춘 교량들이 있습니다.
Preflex교(약간 개념을 다르지만 PSC빔교에 포함시켰습니다.), IPC거더교, SPC거더교, e-Beam같은 교량들이 그것인데요...
이 모든 교량들이 기본적으로 콘크리트 거더에 프리스트레스를 주는 개념은 같습니다. 다만 프리스트레스를 주는 방법에 조금씩 차이가 있습니다.

Preflex교의 경우 강재빔에 미리 하중을 주어(Preloading) 변형을 시킨후에 콘크리트를 타설하여 콘크리트에 프리스트레스를 도입하는 개념입니다. PSC빔교에 비해 형고가 작아 형하공간에 제약이 있는 곳에 많이 가설됩니다.(주로 고속도를 횡단하는 교량에 많이 가설됩니다.)

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Preflex교





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상부구조에 따른 교량의 종류(3)...거더교⑦(PSC박스거더교가설공법)


PSC박스거더교는 가설 방법에 따라 FSM, ILM, MSS, FCM, PSM 등으로 나눌수 있습니다.

1. F.S.M. (Full Staging Method)
 FSM(동바리공법)은 콘크리트를 타설하는 경간 전체에 동바리나 벤트를 설치하여 타설된 콘크리트가 소정의 강도에 도달할 때까지 콘크리트의 자중 및 거푸집, 작업대등의 중량을 동바리나 벤트가 지지하는 방식으로 PSC콘크리트 가설 공법 중 가장 일반적인 공법입니다.

FSM공법은 다른 공법에 비해 특수한 거푸집 장비가 필요 없어 비용이 저렴하고 비교적 간편한 장점이 있습니다.
FSM공법은 교각이 높지 않고 평탄한 지형에 적용하며 반대로 교각이 높거나 강이나 바다를 통과하는 구간은 동바리나 벤트 설치비용이 과다하기 때문에 사용하지 않습니다.

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FSM공법 시공순서


2. I.L.M. (Incremental Launching Method)
ILM(압출공법)은 교대측에 거더 제작장을 만들고, 10∼30m의 블록으로 분할하여 콘크리트를 이어쳐서 교량 거더를 제작하여, 압출장치에 의해 박스거더를 다음 교각으로 밀어내는 공법입니다.

거더를 제작장에서 만드므로 품질관리가 용이하고, 하부지형에 영향을 받지 않아, 주로 높은 교각이나 강이나 바다를 통과하는 구간에 적용됩니다.
다만 직선이나 원곡선부에만 적용이 가능하며, 제작장 비용이 많이 소요되기 때문에 연장이 800m ~ 1000m이상 되어야만 경제성이 있습니다. 또한 FSM에 비하여 강연선이 많이 소요됩니다.

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ILM 시공순서


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FSM 시공전경

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ILM 시공전경


3. M.S.S.(Movable Scaffolding System)
MSS(이동식지보공)은 지상의 동바리를 없애는 대신 거푸집이 부착된 특수 이동식 지보인 비계보 와 추진보를 이용하여 교각위에서 이동하면서 교량을 가설하는 공법으로 주로 50~60m 지간에 적용합니다.

MSS는 Main girder를 교각상에 놓인 지지 Bracket에 거치하고, Main girder 위에 거푸집 을 얹어 콘크리트를 타설하고, 타설된 콘크리트가 소정의 강도에 도달하면 PC강재를 이용 하여 프리스트레스를 도입한 후, 거푸집을 이탈시켜 지지 Bracket 위의 이동 장비에 의해 다음 경간으로 이동하여 시공합니다.

ILM이나 FCM에 비해 강선이 적으며 하부지형에 영항을 받지 않고 시공할수 있으며 교각이 높을수록 경제적입니다. 그러나 MSS장비 비용이 많이 소요되어 경간수가 작고 연장이 짧은 경우는 비경제 적입니다.

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MSS 시공순서


4. F.C.M. (Free Cantilever Method)
FCM(캔틸레버 공법)은 동바리(지보공)없이 교각 위에서 양쪽으로 한 SEG(주로 3~4m)씩 콘크리트를 쳐서 프리스트레스를 도입하고, 이 부분을 지지점으로 하여 순차적으로 한 SEG씩 이어 나가는 공법입니다.
교각을 중심으로 양쪽 캔틸레버 끝부분에 이동식 거푸집( Form traveller,F/T)을 설치하고, 여기서 콘크리트를 타설하여 시공합니다. 작업은 양쪽 캔틸레버에서 동시에 이루어지며 SEG완성후 완성된 부분으로 이동 거푸집을 이동시켜 다음 SEG를 시공합니다. 이작업을 반복하여 최종적으로 지간 중앙에서 폐합시켜 양쪽 캔틸레버를 연결합니다.

FCM은 별도의 동바리(지보공)이 필요없어 깊은계곡, 하천, 바다, 시내구간등에 적용하며 주로 100m이상의 장지간의 교량에 사용됩니다.
MSS에 비해 장비비용이 조금 적으나 캔틸레버 상태로 시공되므로 강연선이 많이 소요되며, 시공중 처짐등을 고려하여 캠버관리를 실시하여야 합니다.
우리나라에는 원효대교에 최초로 적용되었습니다.

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FCM 시공순서


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FCM 시공전경

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MSS 시공전경


5. P.S.M (Precast Segment Method)
PSM은 일정한 길이로 분할된 상부 부재인 Segment를 제작장에서 제작하여 가설 현장으로 거치한 후 강선을 인장하여 상부 구조를 완성하는 공법입니다.
Segment를 이동 및 거치하기 위하여 대규모의 장비와 제작장이 필요하며 비용이 과다하여 경간수가 적은 교량에는 적용하지 않습니다. 하지만 대규모 교량인 경우 공기를 단축할수 있어 보통 1,000m 이상 교량에 주로 사용됩니다.
PSM 방식에 의한 교량 상부 공사는 현장에서의 동바리 및 거푸집 철근 작업을 최소화하므로 주위 환경을 해치는 범위를 축소하고 가설 공기를 단축하여 공사비를 줄이는데 큰 이점이 있습니다.

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PSM 시공순서


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PSM시공전경 - 서해대교

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PSM시공전경 - 서울 내부순환도로



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상부구조에 따른 교량의 종류(3)...거더교⑥(PSC박스거더교)


먼저 PSC란 무엇인가 부터 알아봅시다.
PSC는 PreStressed Concrete의 약자로 "미리 응력을 준 콘크리트"라고 직역할수 있겠네요...
여러분들도 아시다 시피 콘크리트는 압축응력에는 강하지만 인장응력에는 약합니다.
이러한 단점을 보완하기 위해 인장력에 강한 철근을 넣은 것을 RC(Reinforced Concrete, 철근콘크리트) 라고 합니다.
하지만 콘크리트 자체의 자중이 너무 무거워 RC구조로는 지간장을 긴 교량에 적용할수 없습니다.

 이러한 단점을 보완하기 위해  Eugene Freyssinet라는 프랑스 공학자가 PSC를 발명하였습니다.
아래 그림과 같이 콘크리트 속에 강선을 넣고 강력하게 잡아당겨서 고정시키면, 콘크리트에 압축응력이 작용하게 되고 강선을 그림과 같이 넣었을 경우 강선 인장시 상향력이 생기게 됩니다.
이렇게 하여 휨응력에 강한 콘크리트가 만들어 지는 것이죠..

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프리스트레스 콘크리트 개요도

PSC 의 종류에는 미리 강선을 인장하고 콘크리트를 타설하는 프리텐션 방법과 굳은 콘크리트에 강선을 넣어 인장하는 포스트텐셩 방법이 있습니다.
국내에서는 거의다 포스트텐션을 사용합니다. (사실 프리텐션은 교과서에서만 보고 한번도 못봤습니다.)

예기가 길어졌네요... 이제 PSC박스거더교에 대해 알아봅시다.

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PSC스박스더거더교의 구성


PSC박스거더교는 콘크리트 박스형태의 거더에 프리스트레스를 가한 교량으로 50m에서 100m가 넘는 교량까지 다양하게 적용될수 있습니다.
PSC박스거더교는 최근들어 설계 및 시공에 많이 적용되고 있습니다. PSC박스거더교는 강교에 비해 설계가 조금 까다로운데 이는 콘크리트 재료의 물성치가 강재처럼 선형이지 않고 크리프, 건조수축등 콘크리트 만의 물성치를 고려하여 설계하기 때문입니다.
또한 현장에서 직접 타설하므로 강교에 비해 시공의 정밀도가 조금 떨어져 곡선부나 확폭부에는 적용이 조금 어렵습니다.

 PSC Box Girder교는 가설방법에 따라 FSM, ILM, MSS, FCM, PSM등으로 세부 분류를 합니다.
가설 방법에 따라 적용하는 지간장이 모두 다르고 박스의 모양도 조금씩 다릅니다.
가설방법 별 설명은 다음 포스트에서 하겠습니다.

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원효대교(FCM)

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중원대교(ILM)



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교량은 단순히 건너가는 것이 아니라 사람과 사람을 연결하는 도구입니다. 공학적으로 어쩌구 저쩌구 보다는 일상생활에서 접할수 있는 쉽고 재미있는 "다리"를 이야기합니다.

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