다리
Bridge | 이 기사는 검증을 위해 추가 인용이 필요합니다. "– (2022년 7월) (이를 |
다리는 물, 계곡, 도로 또는 철도와 같은 물리적 장애물(물, 계곡, 도로 또는 철도의 몸체)을 아래로 가로막지 않고 가로지르도록 건설된 구조물입니다. 장애물을 통과하는 통로를 제공하기 위한 목적으로 제작되었으며, 이는 일반적으로 건너기 어렵거나 불가능한 것입니다. 다리에는 다양한 디자인이 있으며, 각각은 특정 목적을 달성하고 다양한 상황에 적용할 수 있습니다. 교량의 설계는 교량의 기능, 교량을 건설하고 정박하는 지형의 특성, 교량을 만드는 데 사용되는 재료, 교량을 건설하는 데 사용할 수 있는 자금 등의 요소에 따라 다양합니다.
가장 초기의 다리는 쓰러진 나무와 징검다리로 만들어졌을 가능성이 높습니다. 신석기 시대 사람들은 습지를 가로지르는 보드워크 다리를 건설했습니다. 펠로폰네소스에 있는 기원전 13세기의 아르카디코 다리는 아직도 존재하고 사용되는 가장 오래된 아치형 다리 중 하나입니다.
어원
옥스포드 영어 사전은 브리지라는 단어의 기원을 같은 의미의 옛 영어 단어 브릭스로 추적합니다.[1][2]: bridge1
옥스퍼드 영어 사전은 또한 이 단어가 인도유럽조어-bʰr ē w-로 직접 거슬러 올라갈 수 있다는 몇 가지 제안이 있다고 언급합니다. 그러나 그들은 또한 "이것은 의미론적 문제를 제기한다"고 지적합니다.[3]
동명의 카드 게임이라는 단어의 유래는 알려지지 않았습니다.[2]: bridge2
역사
가장 단순하고 초기의 다리는 징검다리였습니다.
신석기 시대 사람들은 또한 습지를 가로지르는 보드워크의 형태를 지었습니다. 그러한 다리의 예로는 대략 6000년 된 영국의 스위트 트랙과 포스트 트랙이 있습니다.[5] 고대 사람들은 또한 자연적으로 떨어지거나 의도적으로 강을 건너거나 놓여진 통나무로 이루어진 통나무 다리를[6] 사용했을 것입니다. 상당한 범위를 가진 최초의 인간이 만든 다리 중 일부는 아마도 의도적으로 쓰러진 나무였을 것입니다.[7] 가장 오래된 목재 다리 중에는 스위스 취리히 호수 상류를 가로지르는 Holzbrücke Rapperswil-Hurden 다리가 있습니다. Seedam causeway 서쪽에서 발견된 선사시대 목재 필링은 기원전 1523년까지 거슬러 올라갑니다. 그곳의 최초의 나무로 된 인도교는 취리히 호수를 가로질러 이어졌으며, 서기 2세기 후반까지 여러 차례 재건되었으며, 로마 제국은 호수를 가로질러 운송을 위해 6미터 너비(20피트)의 나무 다리를 건설했습니다. 1358년에서 1360년 사이에 오스트리아 공작 루돌프 4세는 1878년까지 사용되었던 '새로운' 나무 다리를 호수를 가로질러 건설했습니다. 길이는 약 1,450 미터 (4,760 피트)이고 폭은 약 4 미터 (13 피트)였습니다. 2001년 4월 6일, 원래의 나무 인도교를 재건하는 공사가 시작되었습니다; 그것은 스위스에서 가장 긴 나무 다리이기도 합니다.
아르카디코 다리(Arkadiko Bridge)는 그리스 남부 펠로폰네소스 반도의 티린 요새와 에피다우로스 마을 사이에 전차를 수용하도록 설계된 옛 도로망의 일부인 미케네의 코르벨 아치 다리 4개 중 하나입니다. 그리스 청동기 시대 (기원전 13세기)로 거슬러 올라가는 이 다리는 아직도 존재하고 사용되는 가장 오래된 아치형 다리 중 하나입니다. 헬레니즘 시대의 온전한 아치형 돌 다리 몇 개가 펠로폰네소스에서 발견될 수 있습니다.[8]
고대의 가장 위대한 다리 건설자는 고대 로마인들이었습니다.[9] 로마인들은 이전의 디자인을 손상시키거나 파괴할 수 있는 조건에서 서 있을 수 있는 아치형 다리와 수로를 건설했습니다. 오늘 일부는 서 있습니다.[10] 한 예로 스페인의 타구스 강 위에 지어진 알칸타라 다리가 있습니다. 로마인들은 또한 시멘트를 사용했는데, 이것은 천연 돌에서 발견되는 강도의 변화를 줄였습니다.[11] 포졸라나라고 불리는 시멘트의 한 종류는 물, 석회, 모래, 그리고 화산암으로 구성되었습니다. 벽돌과 모르타르 다리는 시멘트에 대한 기술이 상실됨에 따라 로마 시대 이후에 건설되었습니다(그 후 재발견되었습니다).
인도에서는 카우틸리야의 아르타샤스트라 논문에서 댐과 다리 건설에 대해 언급하고 있습니다.[12] James Princep은 Girnar 근처의 Mauryan 다리를 조사했습니다.[13] 이 다리는 홍수로 휩쓸려 갔고, 후에 황제 찬드라굽타 1세의 수석 건축가인 푸스파굽타에 의해 수리되었습니다.[13] 도금된 대나무와 쇠사슬을 사용하여 더 강한 다리를 사용하는 것은 약 4세기경 인도에서 볼 수 있었습니다.[14] 인도의 무굴 정부는 군사적 목적과 상업적 목적을 가진 많은 다리를 건설했습니다.[15]
전국시대에 중국에 큰 나무로 만든 다리가 있었지만, 중국에서 현존하는 가장 오래된 돌 다리는 수나라 때인 595년부터 605년까지 지어진 자오저우 다리입니다. 이 다리는 또한 세계에서 가장 오래된 개방형 돌 분절 아치 다리로서 역사적으로 중요합니다. 유럽의 분절 아치 다리는 적어도 알코네타르 다리(약 2세기)까지 거슬러 올라가는 반면, 거대한 로마 시대의 트라야누스 다리(105 AD)는 나무 건축에서 개방형 분절 아치를 특징으로 합니다.[16]
16세기 유럽의 식민지화 직전 남아메리카 안데스 산맥의 잉카 문명은 현수교의 일종인 로프 다리를 사용했습니다.
아샨티 족은 개울과 강 위에 다리를 놓았습니다.[17][18] 그것들은 4개의 큰 갈림길 나무 줄기들을 강바닥에 쿵쿵 찧고, 이 갈림길 기둥들을 따라 보들을 배치한 다음, 마침내 4~6인치의 흙으로 덮인 교차 보들을 배치함으로써 건설되었습니다.[18]
18세기 동안, Hans Ulrich Grubenmann, Johannes Grubenmann 및 다른 사람들에 의해 목재 다리의 설계에 많은 혁신이 있었습니다. 다리 공학에 관한 최초의 책은 1716년에 휴버트 고티어에 의해 쓰여졌습니다.
다리 기술에 있어서 주요한 돌파구는 1779년 영국의 슈롭셔에 철교가 세워지면서 이루어졌습니다. 세번 강을 건너기 위해 아치로 처음으로 주철을 사용했습니다.[19] 19세기 산업혁명과 함께 더 큰 다리를 위해 연철의 트러스 시스템이 개발되었지만, 철은 큰 하중을 지탱할 수 있는 인장력을 가지고 있지 않습니다. 인장 강도가 높은 강철의 등장으로 훨씬 더 큰 다리가 건설되었고, 많은 다리들이 귀스타브 에펠의 아이디어를 사용했습니다.[20]
캐나다와 미국에서는 독일과 스위스의 초기 디자인을 연상시키는 1700년대 후반에서 1800년대 후반 사이에 수많은 목재로 덮인 다리가 건설되었습니다. 일부 덮인 다리는 아시아에도 지어졌습니다.[21] 후년에 일부는 돌이나 금속으로 만들어졌지만 트러스는 여전히 나무로 만들어졌습니다. 미국에는 퀸 포스트, 버 아치, 타운 래티스의 세 가지 스타일의 트러스가 있었습니다.[22] 수백 개의 이 건축물들이 아직도 북미에 서 있습니다. 그들은 1990년대에 소설, 영화, 연극 '매디슨 카운티의 다리들'에 의해 일반 대중의 관심을 끌었습니다.[23][24]
1927년 용접의 선구자 스테판 브 bry아(Stefan Brywa)는 세계 최초의 용접 도로 다리인 마우리체 다리(Maurzy Bridge)를 설계했으며, 이후 1929년 폴란드의 ł비츠(Wowicz) 근처 마우리체(Maurzyce)에 있는 스ud드비아(Słudwia) 강을 가로질러 건설되었습니다. 1995년, 미국 용접 협회는 폴란드로 가는 다리에 대해 역사적인 용접 구조상을 수여했습니다.[25]
교량의 종류
브리지는 여러 가지 방법으로 분류할 수 있습니다. 일반적인 범주에는 사용되는 구조 요소의 유형, 운반하는 것, 고정식인지 이동식인지 여부, 사용되는 재료가 포함됩니다.
구조물 유형
교량은 장력, 압축, 굽힘, 비틀림 및 전단의 작용이 구조를 통해 어떻게 분배되는지에 따라 분류될 수 있습니다. 대부분의 다리는 어느 정도 이 모든 것을 사용하지만 소수만이 지배할 것입니다. 힘과 순간의 분리는 꽤 명확할 수 있습니다. 현수교 또는 사장교에서는 장력의 요소가 모양과 배치가 구별됩니다. 다른 경우에는 트러스에서와 같이 다수의 부재 사이에 힘이 분산될 수 있습니다.
 보교 | 보교량은 하부구조 단위에 의해 각 단부에서 지지되는 수평형 보로서, 보가 단일 스팬에 걸쳐 연결될 때만 단순히 지지되거나, 두 개 이상의 스팬에 걸쳐 빔이 연결될 때 연속적으로 지지될 수 있습니다. 여러 스팬이 있는 경우 중간 지지대를 교각이라고 합니다. 가장 초기의 보 다리는 개울을 가로지르는 간단한 통나무와 이와 유사한 간단한 구조물이었습니다. 현대에 빔 브리지는 작은 나무 빔에서 큰 강철 상자에 이르기까지 다양합니다. 다리의 수직력은 보의 전단력과 굽힘 하중이 되고 보는 길이를 따라 양쪽의[26] 하부 구조물로 전달됩니다. 보는 일반적으로 강철, 콘크리트 또는 나무로 만들어집니다. 일반적으로 강철로 만들어진 거더교와 판 거더교는 빔교의 일종입니다. 강철, 콘크리트 또는 둘 다로 만들어진 박스 거더 브릿지도 빔 브릿지입니다. 보 브리지 스팬은 길이의 제곱에 비례하여 증가하기 때문에 길이가 거의 250피트(76m)를 초과하지 않습니다. 그리고 편향은 길이의 4제곱에 비례하여 증가합니다.[27] 그러나 박스 거더 다리인 리오-니테로이 다리의 주경간은 300미터(980피트)입니다.[citation needed] 세계에서 가장 긴 보 다리는 미국 루이지애나 주 남부에 있는 폰차트레인 코즈웨이 호수로 길이는 23.83마일(38.35km)이며, 개개의 길이는 56피트(17m)입니다.[28] 빔 브리지는 오늘날 사용되는 가장 간단하고 오래된 유형의 브리지이며 인기 있는 유형입니다.[29][30] |
 트러스교 | 트러스교는 하중을 받는 상부구조가 트러스로 구성된 교량입니다. 이 트러스는 삼각형 단위를 이루는 연결된 요소들의 구조입니다. 연결된 요소(일반적으로 직선형)는 동적 하중에 반응하여 장력, 압축 또는 때로는 둘 다에서 응력을 받을 수 있습니다. 트러스교는 현대 다리의 가장 오래된 유형 중 하나입니다. 이 글에 나타난 트러스교의 기본 유형은 19세기와 20세기 초반 엔지니어들이 쉽게 분석할 수 있는 간단한 설계를 가지고 있습니다. 트러스교는 재료를 효율적으로 사용하기 때문에 건설하기에 경제적입니다. |
 캔틸레버 다리 | 캔틸레버 다리는 캔틸레버를 사용하여 제작됩니다. 수평 빔은 한쪽 끝에만 지지됩니다. 대부분의 캔틸레버 다리는 다리가 건너는 장애물의 중심에서 만나기 위해 지지 교각의 반대쪽에서 연장된 한 쌍의 연속 스팬을 사용합니다. 캔틸레버 브리지는 빔 브리지와 거의 동일한 재료와 기술을 사용하여 구성됩니다. 차이는 다리를 통한 힘의 작용에 있습니다. 일부 캔틸레버 다리에는 추가 강도를 위해 두 캔틸레버를 연결하는 더 작은 빔이 있습니다. 가장 큰 캔틸레버 다리는 캐나다 퀘벡에 있는 549미터(1,801피트)의 퀘벡 다리입니다. |
 아치교 | 아치형 다리는 양쪽 끝에 교대가 있습니다. 다리의 무게는 양쪽의 교대로 밀어집니다. 알려진 최초의 아치형 다리는 그리스인들에 의해 지어졌고, 아르카디코 다리를 포함합니다. 슬로베니아의 솔칸에 있는 소차강 위의 솔칸 다리는 길이가 220미터(720피트)로 세계에서 두 번째로 큰 돌다리이며 가장 긴 철길 돌다리입니다. 1905년에 완공되었습니다. 단 18일 만에 5,000톤(길이 4,900톤, 길이 5,500톤)이 넘는 돌 벽돌로 지어진 이 아치는 세계에서 두 번째로 큰 돌 아치로, 플라우엔의 프리덴스브뤼케(Syratalviadukt)만 능가합니다. 같은 해에 지어진 프리덴스브루케 호의 아치는 90 m(295 ft)의 길이를 가지며 시라바흐 강의 계곡을 가로지릅니다. 둘의 차이점은 솔칸교가 돌덩어리로 만들어진 반면 프리덴스브루크는 쇄석과 시멘트 모르타르를 섞어 만들었다는 것입니다.[31] 세계에서 가장 큰 아치형 다리는 길이 1,741m (5,712피트), 길이 552m (1,811피트)의 양쯔강 위의 차오톈먼 다리입니다. 이 다리는 2009년 4월 29일 중국 충칭에서 개통되었습니다.[32] |
 결박 아치교 | 타이드 아치형 교량은 아치형 상부 구조를 가지지만 기존 아치형 교량과는 다릅니다. 다리의 무게와 교통 하중을 교대로 추력으로 전달하는 대신 아치의 끝은 구조물의 하단 화음에서 장력으로 구속됩니다. 활시위 아치라고도 합니다. |
 현수교 | 현수교는 케이블에 매달려 있습니다. 가장 초기의 현수교는 대나무 조각으로 덮인 밧줄이나 덩굴로 만들어졌습니다. 현대의 다리에서는 케이블이 케이슨이나 커피 댐에 연결된 타워에 걸려 있습니다. 케이슨 또는 커피 댐은 호수, 강 또는 바다의 바닥 깊숙이 심어져 있습니다. 하위 유형에는 단순 현수교, 응력 리본교, 언더스팬 현수교, 현수-데크 현수교, 자체 고정 현수교가 있습니다. 때때로 "준 현수교"라고 불리는 다리도 있는데, 그 중 버튼어폰트렌트에 있는 페리 다리는 유럽에서 유일한 다리입니다.[33] 세계에서 가장 긴 현수교는 튀르키예에 있는 4,608 m (15,118 ft) 1915 차나칼레 다리입니다. |
 사장교 | 현수교와 같은 사장교는 케이블에 의해 지탱됩니다. 그러나 사장교에서는 케이블이 덜 필요하고 케이블을 고정하는 타워가 비례적으로 더 높습니다.[34] 최초로 알려진 사장교는 1784년 C. T. (또는 C. J.) 뢰셔에 의해 설계되었습니다.[35][36] 2012년 이래로 가장 긴 사장교는 러시아 블라디보스토크에 있는 1,104 m (3,622 ft)의 루스키 다리입니다.[37] |
 포드 브리지 | 포드 브리지는 도중에 물이 흐를 수 있도록 설계되었습니다. |
일부 엔지니어는 '보' 교량을 단면을 기준으로 슬래브, 보 및 슬래브 및 박스 거더로 세분화합니다.[38] 슬래브는 견고하거나 비워질 수 있지만(검사 가능성의 이유로 더 이상 선호되지 않음), 보와 보는 콘크리트 슬래브로 연결된 콘크리트 또는 강철 거더로 구성됩니다.[39] 박스-걸더 단면은 단일 셀 또는 다중 셀 박스로 구성됩니다. 최근에는 일체형 교량 건설도 인기를 끌고 있습니다.
고정식 또는 이동식 교량
대부분의 다리는 고정식 다리로, 움직이는 부분이 없고 고장이 나거나 철거될 때까지 한 곳에 머무릅니다. 베일리 다리와 같은 임시 다리는 조립, 분리, 다른 장소로 운반 및 재사용이 가능하도록 설계되었습니다. 그것들은 군사 공학에서 중요하고 오래된 다리가 재건되는 동안 교통을 운반하는 데에도 사용됩니다. 이동식 다리는 보트나 다른 종류의 교통에 방해가 되지 않도록 설계되어 있습니다. 그렇지 않으면 너무 높아서 맞지 않을 것입니다. 이것들은 일반적으로 전기로 구동됩니다.[40]
탱크 브리지 트랜스포터(TBT)는 완전 적재 시에도 탱크와 동일한 국가 간 성능을 발휘합니다. 독립적으로 브리지를 배포, 중단 및 로드할 수 있지만 복구할 수는 없습니다.[citation needed]
복층교
2층(또는 2층) 다리는 뉴욕시와 미국 뉴저지주 버겐 카운티를 연결하는 조지 워싱턴 다리와 같은 2개의 층을 가지고 있으며, 세계에서 가장 붐비는 다리입니다. 연간 1억 200만 대의 차량을 운반합니다.[41][42] 도로 레벨 사이의 트러스 작업은 상부 레벨 이후 30년 후 하부 레벨이 설치되었을 때 도로에 강성을 제공하고 상부 레벨의 이동을 줄였습니다. 홍콩의 칭마교와 갑수이문교는 상부 데크에 6개의 차선이 있고, 하부 데크에는 MTR 지하철을 위한 2개의 차선과 한 쌍의 선로가 있습니다. 일부 복층 다리는 도로 교통을 위해 한 층만 사용합니다. 미니애폴리스의 워싱턴 애비뉴 브리지는 자동차 및 경전철 교통을 위해 낮은 층을 유지하고 보행자 및 자전거 교통을 위해 높은 층을 유지합니다(주로 미네소타 대학교 학생들). 마찬가지로, 토론토의 프린스에드워드 고가교는 상부 데크에 5차선의 자동차, 자전거 도로, 보도가 있고, 하부 데크에는 블루어-댄포스 지하철 노선을 위한 한 쌍의 선로가 있습니다. 샌프란시스코-오클랜드 베이 브리지의 서쪽 스팬도 2층으로 되어 있습니다.
1849년에 완공된 로버트 스티븐슨의 뉴캐슬어폰타인 강을 가로지르는 하이레벨 다리는 2층 다리의 초기 예입니다. 상부는 철도를 운반하고, 하부는 도로 교통에 사용됩니다. 다른 예로는 메나이 해협 위의 브리타니아 다리와 북아일랜드 데리의 크레이그본 다리가 있습니다. 코펜하겐과 말뫼 사이의 오레순드 다리는 상층부에는 4차선 고속도로가 있고 하층부에는 한 쌍의 철도 선로가 있습니다. 런던의 타워 브리지는 2층 다리의 다른 예이며, 중앙 부분은 낮은 수준의 바스큘 경간과 높은 수준의 인도교로 구성되어 있습니다.
고가교
고가교는 하나의 긴 구조물로 연결된 여러 개의 다리로 구성됩니다. 가장 긴 다리와 가장 높은 다리 중 일부는 폰차트레인 코즈웨이 호수와 밀라우 고가교와 같은 고가교입니다.
다방향교
다방향 다리는 다리 중앙 근처에서 만나는 3개 이상의 개별 스팬이 있습니다. 3개의 스팬만 있는 다방향 교량은 위에서 보았을 때 "T" 또는 "Y"로 나타납니다. 다방향 다리는 매우 희귀합니다. 트리지, 마거릿 브리지, 자네스빌 Y-브리지가 그 예입니다.
용도별 교량유형
다리는 열차, 보행자 또는 도로 교통(도로 교량), 파이프라인(파이프 교량) 또는 수상 운송 또는 바지선 운송을 위한 수로와 같이 운반하도록 설계된 것에 따라 분류할 수 있습니다. 수로는 물을 운반하는 다리로, 같은 높이의 지점을 연결하는 다리입니다. 도로-철도 다리는 도로와 철도 교통을 모두 운송합니다. 오버웨이(Overway)는 호환되지 않는 교차 교통, 특히 도로와 철도를 구분하는 다리를 말합니다.[43] 브리지는 Storström Bridge와 마찬가지로 오버헤드 송전선을 운반할 수 있습니다.[citation needed]
일부 다리는 레스토랑이 특징인 브라티슬라바의 Nov ý Most Bridge 타워나 레스토랑 역할을 하기 위해 지어진 다리 레스토랑과 같은 다른 목적을 수용합니다. 다른 현수교 타워는 송신 안테나를 운반합니다.[44]
환경보호론자들은 서식지 파편화와 동물-차량 충돌을 줄이기 위해 야생동물 고가도로를 이용합니다.[45] 1950년대 프랑스에서 최초의 동물 다리가 생겨났고, 이러한 종류의 다리는 이제 크고 작은 야생 동물을 보호하기 위해 전 세계적으로 사용됩니다.[46][47][48]
다리는 계획되지 않은 용도로도 사용될 수 있습니다. 일부 다리 아래 지역은 노숙자들에게 임시 대피소와 집이 되었고, 전 세계 다리의 하부 구성원들은 그라피티가 널리 퍼진 장소입니다. 어떤 다리들은 자살을 시도하는 사람들을 끌어들이고 자살 다리로 알려지게 됩니다.[49][50]
재질별 교량종류
구조물을 만드는 데 사용되는 재료는 교량을 분류하는 데에도 사용됩니다. 18세기 말까지 다리는 목재, 돌, 석조로 만들어졌습니다. 현대의 다리는 현재 콘크리트, 강철, 섬유 강화 폴리머(FRP), 스테인리스 스틸 또는 이러한 재료의 조합으로 만들어집니다. 살아있는 다리는 인도의[51] 피쿠스 엘라스티카 나무 뿌리와 일본의 등나무 덩굴과 같은 살아있는 식물로 건설되었습니다.[52]
| 교각형 | 사용재료 |
|---|---|
| 캔틸레버 | 소형 풋 브리지의 경우 캔틸레버는 단순 보일 수 있지만 도로 또는 철도 교통을 처리하도록 설계된 대형 캔틸레버 브리지는 구조용 강철로 제작된 트러스 또는 프리스트레스 콘크리트로 제작된 박스 거더를 사용합니다.[53] |
| 서스펜션 | 케이블은 보통 대부분의 다리와 함께 [citation needed]아연 도금된 강철 케이블로 만들어지지만, 일부 다리는 여전히 강철로 강화된 콘크리트로 만들어집니다.[54] |
| 아치 | 압축에 강하고 전단에 다소 강한 돌, 벽돌 및 기타 재료. |
| 보 | 보교량은 저렴한 건축자재인 프리스트레스 콘크리트를 사용하여 철근을 매설할 수 있습니다. 결과적인 브리지는 압축력과 장력 모두에 저항할 수 있습니다.[55] |
| 트러스 | 트러스 교량의 삼각형 조각은 트러스 교량 설계에 따라 직선 및 철근으로 제조됩니다.[56] |
분석 및 설계
설계가 건축가에 의해 주도되는 건물과 달리 교량은 일반적으로 엔지니어에 의해 설계됩니다. 이것은 엔지니어링 요구사항의 중요성에서 따온 것입니다. 즉, 장애물을 확장하고 공격적인 실외 환경에서 최소한의 유지 보수로 생존할 수 있는 내구성을 갖추는 것입니다.[39] 먼저 교량을 분석하고, 적용된 하중에 따른 휨 모멘트 및 전단력 분포를 계산합니다. 이를 위해서는 유한요소법이 가장 대중적입니다. 분석은 1차원, 2차원 또는 3차원일 수 있습니다. 대부분의 교량의 경우 2차원 플레이트 모델(종종 보강 빔 포함)로 충분하거나 업스탠드 유한 요소 모델입니다.[57] 해석이 완료되면 교량은 적용된 굽힘 모멘트와 전단력에 저항하도록 설계되었으며, 단면 크기는 응력에 저항할 수 있는 충분한 용량으로 선택됩니다. 많은 교량들은 설치 전 보의 프리텐션 또는 현장 포스트텐션에 의해 내구성이 좋은 프리스트레스 콘크리트로 만들어집니다.
대부분의 국가에서 교량은 다른 구조물과 마찬가지로 LRFD(Load and Resistance Factor Design) 원칙에 따라 설계됩니다. 간단히 말하면, 이는 하중이 단일성보다 큰 요인에 의해 요인화되는 반면, 구조물의 저항이나 용량은 단일성보다 작은 요인에 의해 요인화되는 것을 의미합니다. 인자 하중(응력, 굽힘 모멘트)의 영향은 그 영향에 대한 인자 저항보다 작아야 합니다. 이 두 요인 모두 불확실성을 허용하며 불확실성이 더 클 때 더 큽니다.
미학
대부분의 교량은 외관상 실용적이지만 경우에 따라 교량의 외관이 매우 중요할 수 있습니다.[58] 종종 도시의 입구 역할을 하는 큰 다리나 주요 항구 입구를 가로지르는 경우가 이에 해당합니다. 이것들은 때때로 시그니처 브릿지로 알려져 있습니다. 공원과 공원 도로를 따라 있는 다리의 디자이너들은 종종 미학도 더 중요하게 생각합니다. 예를 들면 뉴욕의 타코닉 스테이트 파크웨이를 따라 있는 돌로 된 다리들이 있습니다.
일반적으로 다리는 형상이 단순하고, 데크는 경간에 비례하여 두께가 얇으며, 구조물의 선이 연속적이며, 구조요소의 형상이 다리에 작용하는 힘을 반영한다면, 심미적으로 더 보기 좋습니다.[59] 아름다운 이미지를 만들기 위해, 어떤 다리들은 필요한 것보다 훨씬 더 높이 지어집니다. 동아시아 스타일의 정원에서 종종 발견되는 이 유형은 떠오르는 보름달을 불러일으키며 달 다리라고 불립니다. 다른 정원 다리들은 오직 개울의 인상을 전달하기 위한 목적으로, 개울을 씻어내는 조약돌로 이루어진 마른 바닥만을 가로지를 수 있습니다. 종종 궁전에서는 중요한 장소나 마음의 상태로 가는 통로를 상징하는 인공 수로 위에 다리가 건설됩니다. 다섯 개의 다리가 중국 베이징의 자금성의 중요한 마당에 있는 구불구불한 수로를 가로지릅니다. 중앙 다리는 황제와 황후의 수행원들과 함께 전용으로 예약되었습니다.
교량유지관리
교량의 추정 수명은 위치와 재료에 따라 25년에서 80년으로 다양합니다.[60][61]
다리는 적절한 유지 및 재활을 통해 100년 동안 노화될 수 있습니다. 구조적 상태 모니터링과 테스트의 조합으로 구성된 교량 유지보수. 이는 국가별 엔지니어 표준에 규정되어 있으며 3~6개월마다 지속적인 모니터링, 2~3년마다 간단한 테스트 또는 검사, 6~10년마다 주요 검사를 포함합니다. 유럽에서는 유지 보수 비용이 상당하고[38] 일부 국가에서는 새로운 다리에 대한 지출보다 높습니다. 용접된 강교의 수명은 용접 전이를 처리한 후에 크게 연장될 수 있습니다. 이로 인해 계획된 수명을 훨씬 초과하는 기존 교량을 사용하면 잠재적으로 높은 이점을 얻을 수 있습니다.
교량교통부하
적용된 부하에 대한 교량의 반응은 잘 알려져 있지만, 적용된 트래픽 부하 자체는 여전히 연구 대상입니다.[62] 이는 특히 도로 교량의 경우 하중이 매우 가변적이기 때문에 통계적 문제입니다. 교량의 하중 효과(응력, 굽힘 모멘트)는 하중 및 저항 인자 설계 원리를 사용하도록 설계되었습니다. 불확실성을 허용하기 위해 인수분해하기 전에 일반적으로 부하 효과는 지정된 반환 기간의 최대 특성 값으로 간주됩니다. 특히 유럽에서는 1000년 후에 예상되는 최대치입니다.
교량 표준에는 일반적으로 반환 기간에 예상되는 특성 최대 하중을 나타내는 것으로 간주되는 하중 모델이 포함됩니다. 과거에는 이러한 하중 모델이 전문가로 구성된 표준 초안 위원회에서 합의되었지만 오늘날 이러한 상황은 변화하고 있습니다. 이제 WIM(Weight-in-motion) 기술을 사용하여 교량 교통 부하의 구성 요소를 측정하고 트럭의 무게를 측정할 수 있습니다. 광범위한 WIM 데이터베이스를 사용하면 지정된 반환 기간에 최대 예상 부하 효과를 계산할 수 있습니다. 이것은 반대 방향 차선,[63][64] 나란(동일 방향) 차선,[65][66] 교통량 증가,[67] 허가/비허가 차량[68] 및 장경간 교량의 문제를 다루는 활발한 연구 분야입니다(아래 참조). 표준 당국은 교량을 설계할 때마다 이 복잡한 프로세스를 반복하는 대신 특성 최대값과 동일한 하중 효과를 제공하기 위해 단순화된 개념 하중 모델, 특히 HL-93을 지정합니다.[69][70] 유로코드는 이러한 방식으로 개발된 교량 트래픽 로딩 표준의 한 예입니다.[71]
장경간교량의 통행부하
대부분의 브리지 표준은 단경간[72] 및 중경간에만 적용됩니다. 예를 들어, Eurocode는 최대 200m의 적재 길이에만 적용됩니다. 더 긴 기간은 사례별로 처리됩니다. 일반적으로 스팬이 증가함에 따라 하중 강도가 감소하는 것은 관련 트럭의 수가 증가함에 따라 많은 트럭이 밀접하게 이격되고 극도로 무거울 확률이 감소하기 때문입니다. 또한 일반적으로 짧은 스팬은 고속으로 주행하는 소수의 트럭에 의해 제어되며, 역동성을 허용합니다. 반면에 더 긴 길이는 혼잡한 교통에 의해 통제되며 역동성에 대한 허용은 필요하지 않습니다.
정체 상황에서 차선 내 및 차선 간의 차량 간 간격에 대한 데이터가 부족하기 때문에 정체 교통으로 인한 적재량을 계산하는 것은 여전히 어려운 과제입니다. WIM(Weight-in-Motion) 시스템은 차량 간 간격에 대한 데이터를 제공하지만 자유롭게 흐르는 교통 상황에서만 잘 작동합니다. 일부 저자는 카메라를 사용하여 꽉 막힌 상황에서 간격과 차량 길이를 측정하고 WIM 데이터를 사용하여 길이에서 가중치를 추론했습니다.[73] 다른 사람들은 미세 시뮬레이션을 사용하여 다리에 일반적인 차량 군집을 생성했습니다.[74][75][76]
교량진동
교량은 하중 하에서 진동하며, 이는 응력에 어느 정도 기여합니다.[39] 진동과 역학은 일반적으로 보행자 다리와 긴 길이의 도로 또는 철도 다리와 같은 가느다란 구조에 더 중요합니다. 가장 유명한 예 중 하나는 과도한 진동으로 인해 건설 직후 붕괴된 타코마 내로우즈 다리입니다. 보다 최근에는 런던의 밀레니엄 다리가 보행자 하중 하에서 과도하게 진동하여 폐쇄되고 댐퍼 시스템이 장착되었습니다. 더 작은 교량의 경우 역학은 치명적이지 않지만 정적 효과로 인해 응력에 추가 증폭을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 교량 하중에 대한 유로 코드는 범위, 교통 차선 수 및 응력 유형(굴곡 모멘트 또는 전단력)에 따라 10%에서 70% 사이의 증폭을 지정합니다.[77]
차량-교량 동적 상호 작용
차량 횡단 이벤트 중 차량과 교량 간의 동적 상호 작용에 대한 많은 연구가 있었습니다. Fryba는[78] 움직이는 하중과 오일러-베르누이 빔의 상호작용에 대한 선구적인 연구를 했습니다. 컴퓨팅 성능이 향상됨에 따라 VBI(Vehicle-Bridge Interaction) 모델은 그 어느 때보다 정교해졌습니다.[79][80][81][82] 우려되는 것은 차량과 관련된 많은 고유 주파수 중 하나가 브리지 첫 번째 고유 주파수와 공진할 것이라는 것입니다.[83] 차량 관련 주파수에는 차체 바운스 및 액슬 홉이 포함되지만 차량의 교차[84] 속도와 관련된 유사 주파수도 있으며 표면 프로파일과 관련된 주파수도 많습니다.[62] 도로 교량의 중량물 차량이 매우 다양하다는 점을 감안할 때, 많은 정적 극한 하중 이벤트에 대해 VBI 분석을 수행하는 통계적 접근법이 제안되었습니다.[85]
교량 고장
교량의 고장은 교량 설계, 건설 및 유지보수에 필수적인 교훈을 배우려는 구조 엔지니어들에게 특히 중요한 관심사입니다.
다리의 실패는 많은 새로운 디자인들이 지어지고 있었고, 종종 새로운 재료들을 사용했고, 그들 중 일부는 재앙적으로 실패했던 빅토리아 시대 동안 영국에서 국가적인 관심을 처음으로 가정했습니다.
미국의 National Bridge Inventory는 "구조적으로 부족한" 및 "기능적으로 쓸모없는"과 같은 지정을 포함하여 모든 교량의 구조적 평가를 추적합니다.
교량 상태 모니터링
교량과 같은 대형 구조물의 상태를 모니터링하는 데에는 여러 가지 방법이 사용됩니다. 이제 변형 변환기, 가속도계,[86] 기울기계 및 GPS를 포함한 다양한 센서로 많은 장거리 교량을 일상적으로 모니터링합니다. 가속도계는 관성적이라는 장점이 있습니다. 즉, 측정하는 데 기준점이 필요하지 않습니다. 특히 다리가 물 위에 있는 경우 거리 또는 편향 측정에 종종 문제가 됩니다.[87] 가속도계와 GPS 센서를 일상적으로 포함하는 휴대전화에 수동적으로 캡처된 데이터에 액세스하여 교량 상태를 크라우드소싱하는 것은 교량 건설 중 센서를 포함하는 대안과 전문적인 검사를 위한 증강으로 제안되었습니다.[88]
구조-청렴성 모니터링을 위한 옵션은 도플러 효과(도플러 시프트)를 사용하는 "비접촉 모니터링"입니다. 레이저 도플러 진동계(Laser Doppler Vibrometer)로부터의 레이저 빔은 관심 지점을 향하고, 표면의 움직임에 의한 레이저 빔 주파수의 도플러 쉬프트로부터 진동 진폭 및 주파수가 추출됩니다.[89] 이 방법의 장점은 장비의 설정 시간이 더 빠르고 가속도계와 달리 가능한 한 짧은 시간에 여러 구조물에서 측정이 가능하다는 것입니다. 또한 이 방법은 접근하기 어려울 수 있는 다리의 특정 지점을 측정할 수 있습니다. 그러나 진동계는 상대적으로 비싸고 측정하기 위해 기준점이 필요하다는 단점이 있습니다.
Lidar를 사용하여 교량의 외부 상태 시간에 대한 스냅샷을 기록하여 교량 검사를 지원할 수 있습니다.[90] 이를 통해 (컴퓨터 모델 구축을 용이하게 하기 위해) 교량 형상을 측정할 수 있지만 일반적으로 하중 하에서 교량 편향을 측정하기에는 정확도가 부족합니다.
더 큰 현대식 다리는 일상적으로 전자적으로 모니터링되지만, 더 작은 다리는 일반적으로 훈련된 검사관에 의해 시각적으로 검사됩니다. 소규모 교량은 원격이고 현장에서 전력이 공급되지 않는 경우가 많기 때문에 이에 대한 연구 관심이 상당합니다. 가능한 해결책은 전문 검사 차량에 센서를 설치하고 교량 위를 주행하면서 측정값을 사용하여 교량 상태에 대한 정보를 추론하는 것입니다.[91][92][93] 이 차량에는 가속도계, 자이로미터, 레이저 도플러 진동계가[94][95] 장착될 수 있으며 일부는 교량을 공진 주파수로 동적으로 여기시키기 위해 노면에 공진력을 가하는 기능도 있습니다.
