다리는 어디에 가설되는지, 어떻게 힘을 분산할 것인지 등 여러 조건에 따라 가설되는 건축물이에요. 한강에 있는 다리만 해도 다양한 형식의 다리를 만날 수 있죠. 오늘은 서울 여기저기를 이어주는 한강 다리를 중심으로 다리에 어떤 과학과 원리가 숨어 있는지 알려드릴게요!

먼저 다리에 어떤 형식이 있는지 살펴볼까요? 

다리는 구조 형식인 형교, 트러스교, 아치교, 라멘교와 케이블 형식인 현수교와 사장교로 나뉘어요.

구조 형식

케이블 형식

위 그림만 알고 있더라도 웬만한 다리들의 형식은 구분할 수 있답니다.

아치교

한강대교

서울의 중심을 가로질러 도심과 여의도를 연결하는 한강대교는 출퇴근길 차량 통행량이 많아 여러 운전자들이 한강대교 위에서 한숨을 짓곤 하는데요. 1917년에 가설된 후 대홍수, 6.25전쟁등으로 여러 번 유실되었어요. 이후 재건과 확장을 거쳐 현재 모습이 되었어요. 한강대교의 통행량을 분산해준 동작대교도 아치교랍니다. 
 

한강대교와 동작대교

다리는 한 지역의 랜드마크가 되기도 하는데요. 서울의 밤을 조금 더 낭만적으로 만들어주지 않나요? 
 

더욱 튼튼한 아치를 위한 게르버 타이드 아치교

아치는 익히 들어서 아실 거예요. 아치 작용을 이용한 아치교는 다리가 어느 정도 발전한 다음에 나타나는 형태예요. 하중을 돌 사이의 압축력으로 견디는 원리로, 마지막에 끼우는 종석이 아치 작용의 중요한 역할을 한답니다. 
 

아치의 원리

게르버 타이드 아치는 게르버보 위에 타이드 아치를 설치한 형식이에요. 게르버보란 양쪽에서 뻗어 나온 돌출보로 가운데에 있는 현수보를 지탱하는 보를 말해요. 이때 보는 다리 위에 있는 도로를 받치는 구조물을 말합니다.

타이드 아치란 아치를 구조재에 연결하고 그 받침을 다리의 기둥에 설치하는 형식을 말해요. 

게르버 보 위에 타이드 아치가 연속되는 것을 볼 수 있죠.

한강대교

시드니의 명물, 하버 브리지도 강철 아치교에요. 시드니 하버 브리지는 다리의 총 무게가 5만 톤이 넘는다고 해요.

시드니 하버 브리지

트러스교

성수대교

성수대교는 붕괴 사건으로 유명하죠. 한강 도로를 따라 자전거를 타거나 조깅을 하시는 분들은 다리 기둥 부분을 유심히 본 적도 있을 거예요. 유독 철근이 많이 보이기 때문이죠. 밤이 되면 다리 기둥(교각) 위에 있는 철근이 주황색 불빛으로 빛나는 것을 볼 수 있답니다.

트러스교? 철교?

밤의 성수대교

트러스교는 '철교'라고도 많이 불리는데요. 구조상 구조재가 많이 노출될 수밖에 없고, 철근을 많이 사용하기 때문이에요. 

트러스교는 구조재를 삼각형으로 만든 뒤, 그 삼각형들을 나열해 힘을 분산하는데요. 아래 그림처럼 누르는 힘, 압축력, 잡아당기는 힘 등 여러 힘의 방향과 강도를 비롯한 여러 조건들을 계산해 만드는 복잡한 구조입니다.  

트러스교에 작용하는 힘

아래처럼 다양한 모양의 트러스를 만들어 활용할 수 있고, 다리의 위나 아래에 설치할 수 있답니다. 
 

 트러스의 종류

성수대교처럼 동호대교도 트러스교를 연결한 다리예요. 특이하게도 트러스 구조물이 도로와 도로 사이에 있어요. 한강대교 옆에 있는 한강철교도 트러스교랍니다. 한강철교는 와렌 트러스와 더블 와렌 트러스를 사용했어요. 한강 다리를 지날 때 한 번씩 비교해보세요!

동호대교와 한강철교

사장교

올림픽대교

올림픽대교는 한국 최초 콘크리트 사장교예요. 1988년에 열렸던 서울 올림픽을 기념하고자만든 다리예요. 주탑의 높이는 88미터이고, 모양은 올림픽 성화대를 따라 만들었어요. 밤이 되면 케이블에 여러 색의 빛을 쏘아 시민들의 눈을 즐겁게 해주는데요.

올림픽대교를 보면 헬리콥터 추락 사건을 떠올리는 분들도 계실 거예요. 주탑 위에 구조물을 올리다가 발생한 추락 사고엿는데요. 올림픽대교는 이렇게 안타까운 사연도 지니고 있답니다. 

현수교와 사장교, 뭐가 다를까?

빛나는 올림픽대교 출처 : 한국관광공사

현수교는 자주 들어서 많이 알고 계시겠지만 사장교는 처음 듣는 분들도 계실 거예요. 현수교와 사장교는 둘 다 케이블을 사용한다는 점이 같지만 케이블을 어떻게 배치하느냐에 따라 다르답니다.

현수교 각 부분의 명칭

현수교는 주탑과 주탑 사이에 주케이블을 걸쳐 그 아래 행어로프로 보강형(도로 부분)을 매다는 구조예요. 샌프란시스코의 금문교가 현수교 형식이죠. 

샌프란시스코의 금문교(골든 게이트 브리지)

한편 사장교는 아래와 같은 형태로 케이블을 배치해요. 주탑과 보강형에 걸리는 인장력과 압축력을 케이블로 연결해 힘을 분산하는 것이죠. 주탑에 케이블을 어떻게 연결하느냐에 따라서 방사형, 하프형, 부채형으로 나뉩니다. 

사장교의 원리와 다양한 형식

케이블을 노면(도로 부분)의 중앙에 매달 것인지, 가장자리 부분에 매달 것인지에 따라 1면 케이블 사장교, 2면 케이블 사장교로 나뉩니다. 

1면 케이블 사장교와 2면 케이블 사장교

 오늘은 다리의 구조와 형식을 간단하게 알아봤어요. 앞으로 다리를 볼 때마다 어떤 구조일까 한 번씩 떠올려보세요. 한강 다리만 보기 아쉽다면 유럽의 아름다운 다리도 만나보세요!

[출처 : 보누스 출판사]