최근 국내의 각 주요 항만 내 ${\cdot}$ 외에 대형 해상교량이 건설되었거나 건설 진행 중이다. 해상교량 중 주로 선박통항이 빈번한 항로부근에 설치되어 선박통항안전성에 밀접한 관련이 있는 교량이나, 항내의 접안시설과 항만 기반 시설에 근접하여 설치된 교량은 선박의 통항 안전성에 직접적인 영향을 미치며, 더 나아가 항만 운영 효율성에 영향을 줄 수 있으므로, 이러한 해상교량에 대한 현황 및 주요 제원을 조사 분석하고자 한다. 특히 선박 통항안전성에 직접적인 영향을 주는 요소인 주경간장, 형하고 등의 주요제원을 결정하게 되는 요인에 대하여 분석한다.
최근 항만을 비롯한 연근해에 해상교량이 계획되어 다수의 해상교통안전진단이 수행되고 있다. 해상교량의 안전진단에서 핵심적인 요소는 해상교량의 형하고와 주경간장에 따른 항로 폭이 될 것이다. 해상교량의 형하고와 항로 폭을 결정하는데 있어 어떤 선박을 대상선박으로 하느냐, 대상선박의 제원을 어떻게 볼 것인가에 따라 해상교량의 시설한계가 크게 달라진다. 따라서 본 연구에서는 최근 수행되고 있는 해상교량에 대한 해상교통안전진단에서 이슈가 되고 있는 사례를 분석하였다. 첫째 삼산 연육교의 대상선박은 대상해역을 통항하지 않은 유도탄고속함(570톤)과 통항빈도가 거의 없는 예인선열이 이슈가 되고 있다. 둘째, 사양-와교의 대상선박은 통항한 적이 없는 여수해양경찰서가 보유한 최대선박인 640톤급 517함을 대상으로 하고 있다. 이는 해상 교량의 시설한계의 문제만이 아니라 해상교통안전진단 사업인가 안전진단 보고서 제출면제 사업인가에 대한 논란을 야기할 수 있다. 본 연구에서는 다양한 여건의 해상교량의 안전진단에 대한 안전진단대행기관의 의견을 수렴하여, 추후 통일된 선박 및 선박의 제원에 대한 통일된 기준안을 마련하여 안전진단시 통일된 기준을 사용하기를 제안한다.
교잡종 찰옥수수에서 발생하는 분얼 제거 처리가 주경의 첫째이삭의 크기에 미치는 효과를 알아 보고자 생육 과정별로 분얼을 제거한 결과, 분얼 초기에 분얼경을 제거하는 것이 간장이 가장 컷고, 다음은 분얼성기, 무처리순으로 나타났으나 이들 처리간에 유의차는 인정되지 않았는데, 착수고 역시 간장과 비슷한 경향이었다 경태의 경우 분얼초기, 분얼성기, 무처리, 웅수출현기 순으로 높게 나타났으며, 이들 처리간에는 고도의 유의차가 인정되었다 주경 제1 이삭절의 엽장은 분얼초기, 분얼성기, 웅수 출현기, 무처리 순으로 높게 나타 났으며 엽폭 역시 엽장과 비슷한 경향으로 처리간에 고도의 유의차가 인정 되었다. 주경 제1 이삭의 길이는 분얼초기에 처리한 구에서 가장 컷고, 다음이 분얼 성기, 웅수 출현기, 무처리 순으로 높게 나타났다. 이삭직경 역시 이삭 길이와 동일한 경향으로 이들 처리간에는 매우 현저한 유의차가 인정되었다.
사장교의 적용지간이 증가하여 초장대화하면서 구조안전성을 확보하기 위한 다양한 노력이 시도되고 있다. 본 연구에서는 현재까지 시도된 적이 없는 주경간 1,200m 사장교의 내풍안정성을 검토하기위하여 3차원공탄성 모형을 제작하고 풍동실험을 수행하였다.(그림1 참조) 실험대상 구조물은 내풍안정성 증대를 위해 유선형 박스거더를 채용하고 케이블이 거더와 함께 비틀림에 저항하도록 2면 케이블을 적용하였다. 구조적인 측면에서는 보강형 자중감소를 위해 전경간을 강박스로 계획하였으며 측경간에 부반력제어를 위한 Counter Weight을 적용하였다. 실험대상 구조물은 완성계, 가설계95%, 가설계50%, 가설계45%로 모형을 해체하면서 진행하였고 가설단계 별로 내풍케이블의 수량과 형상을 달리하여 내풍안정성 개선효과를 확인하고자 하였다. 3차원 풍동실험 결과 완성계에서 교량의 안전성에 심각한 문제를 발생시킬 수 있는 와류진동, 플러터, 버페팅과 같은 유해한 진동현상이 발견되지 않았으며, 시공중 내풍안정성 확보를 위하여 대상교량에 내풍케이블을 설치하고 내풍케이블의 수량 및 배치형상에 따른 진동제어 효과를 검토하였다. 본 실험은 현재 풍동실험 요소기술을 이용하여 1,200m급 사장교 풍동실험을 수행하였고 이에 따라 교량이 초장대화 되면서 스케일다운에 따른 보강형질량, 케이블 간격 등 실험모형 제작상 문제점을 확인 할 수 있었으며 이러한 경험을 토대로 향후 1,000m 이상급 초장대 사장교 내풍설계를 위한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.
해상교량의 선박충돌 문제는 기본적으로 선박의 충격력에 의한 부가 하중의 빈도를 추정하는 것이므로 특정한 수용 기준을 만족하도록 설계하는 것도 중요하지만 공용기간동안 이러한 충돌 위험의 증가분을 어떻게 유지관리 해야 하는지도 매우 중요하다. 본 논문에서는 인천대교를 대상으로 선박충돌 문제에 대한 중간점검을 위하여 관련 계획, 주경간장, 형하고 및 충돌 위험도를 검토하였다. 특히, 충돌 위험의 증가분에 대하여 근시적인 해결방안으로 관련 연구결과 및 운항관련 지침 등을 검토하여 최적화된 운항 속도를 8노트로 제시하였으며, 근본적인 해결방안으로 설계 단계에서 대상선박 및 통행량의 합리적인 예측을 위한 기본 절차를 수립하고 예측의 불확실성을 수용할 수 있는 확률론적 예측 기법을 제안하였다. 향후 선박충돌 관련 유지관리에 대한 추가적인 연구와 공용중인 다른 해상교량의 즉각적인 중간점검이 필요할 것으로 판단된다.
현재까지 시공된 사장교 중, 주경간이 가장 긴 교량은 중국의 수통대교(1088m)이다. 이에 버금가는 사장교로 홍콩의 스톤커터교(1018m) 역시 주경간장이 1000m가 넘는다. 바야흐로 사장교 역시 주경간 1000m의 시대가 열린 것이다. 우리나라 역시 세계적 흐름에 맞추어 주경간 800m의 인천대교(세계 5위)를 시공한바 있다. 이와 같이 교량의 초장대화는, 교량 건설 분야에서 기술경쟁력의 지표가 될 뿐만 아니라 세계 건설 시장의 큰 흐름이라고 할 수 있다. 이에 본 연구는 세계적 추세에 발맞추어, 국내 각계의 건설 전문가들이 모여 만든 초장대 교량 사업단의 기술 혁신 사업의 일환으로 이루어졌다. 교량이 장대화 되면서 바람의 의한 영향이 중요해진다는 것은 주지의 사실이다. 특히 사장교와 현수교 같은 특수 교량의 경우, 정적 및 동적 내풍 성능이 반드시 고려되어야만 한다. 본 연구에서는 주경간 1200m의 사장교를 가정하고, 이 사장교의 내풍 단면을 개발, 그 단면에 대한 정적 및 동적 내풍 성능을 평가하고자 하였다. 정적 내풍 성능으로는 단면의 형상에 따른 풍하중을 파악하고자 했으며, 동적 내풍 성능으로는 풍속에 따른 교량의 연직방향 변위 및 플러터 속도를 파악하고자 하였다. 이 실험은 추후에 3차원 전교모형실험의 기본 데이터로 활용하였다. 본 실험을 통해 개발된 단면의 등류 및 난류 상태에서의 영각별 정적 공기력계수를 계산해내었고, 설계풍속이 54.7m/s일때 한계풍속 65.64m/s(거마대교 기준)하에서의 중앙 경간의 풍속별 평균 변위를 측정하였으며, 이를 토대로 이 교량의 영각별 플러터 속도를 계산해 내었다.
산업의 발달과 건설재료의 개발 및 설계 시공 기술의 급속한 발전으로 더 가볍고 더 긴 경간을 가진 교량이 건설되고 있다. 그러나 교량이 더 길어지고 가벼워질수록 풍하중에 의한 영향은 더욱 크게 받게 되어 여러 종류의 피해를 입게 된다. 이제는 어느 정도 잘 알려진 1940년에 발생한 Tacoma Narrow교의 붕괴사고는 내풍 설계의 필요성을 극단적으로 보여주는 대표적인 예로서 본격적인 내풍 공학 연구에 시발점이 되었다. 현재까지 아직 시공은 되지 않았으나 기본 설계 및 내풍안정성 평가가 완료되 주경간장 3,300m의 Messina교 및 2,800m의 일본해협횡단도로 프로젝트 초장대 현수교(안)의 출현까지 짧은 기간 동안 비약적인 기술 성장을 이루고 있다. 장대교량의 설계시 많은 풍동실험을 거쳐서 내풍안정성이 뛰어난 단면을 찾게 된다. Akashi교의 경우에도 트러스, 싱글박스, 트윈박스 등의 다양한 단면에 대한 풍동실험을 수행한 끝에 최종적으로 트러스 단면을 선택하였다. Great Belt교에서는 싱글박스 단면을 대상으로 다양한 단부 각도에 대한 결과를 바탕으로 최종 단면을 선정하였다. Stonecutter 교에는 트윈박스를 채용하여 기존 싱글박스를 뛰어넘는 도약을 단행하였다. 그리고 Messina교의 경우에는 약 20년에 걸쳐서 설계를 진행해 오면서 점진적으로 단면을 개선하여 최종적으로 트리플박스 단면을 채택하였다. 국내에서도 광양대교의 설계시 싱글박스에서 시작하여 트윈박스의 간격 최적화를 통하여 최종단면을 도출하였다. Akashi교는 최장경간장을 자랑하지만 고전적인 트러스 단면을 사용함으로써 Great Belt교, Stonecutter교, Messina교 등과 같이 혁신적인 단면을 채택한 교량에 비하여 상대적으로 기술적 가치를 인정받지 못하고 있다. 따라서 새로운 내풍 단면의 개발은 교량 설계를 위한 실용적인 측면에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 경제적이고 내풍안정성이 우수한 도전적인 현수교 단면을 개발하는데 목적을 두고 있다. 이를 위하여 먼저 교량 계획 단계에 필요한 자료를 제공하기 위하여 기존 강박스 현수교의 제원을 수집하고 그 특성을 분석하여 각종 구조 변수들이 내풍안정성에 미치는 상대적인 영향을 평가하고, 근사적으로 고유진동수를 추정할 수 있는 추정식을 제시하였다. 그 다음으로 초장대 현수교 단면을 개발하기 위하여 다양한 풍동실험을 수행하고 가능한 단면 형상을 제시하였다.
본 연구에서는 변장비 70에 가까운 도전적인 현수교 단면을 개발하는데 목적을 두고 있다. 이를 위하여 먼저 강박스 현수교의 제원을 수집 분석하였다. 그 결과를 보면 강박스 현수교에서 경간장과 형상변수(교폭, 형고, 변장비, 고폭비)는 상관관계가 낮았고 고유진동수와 형상변수의 상관관계도 낮은 것으로 나타났으며, 상관관계가 높은 경간장과 고유진동수 관계는 신뢰구간별 추정식을 제시하였다. 그리고 교폭, 진동수비, 질량, 질량관성모멘트, 수직 및 비틈 고유진동수 변화에 따른 플러터 풍속의 민감도 분석을 실시하였는데, 타 변수보다 비틈 고유진동수가 플러터 풍속에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. 주경간장 1111 m인 현수교의 내풍 단면을 개발하기 위하여 최소 단면폭과 형고를 제약조건으로 하여 총 30개의 단면에 대한 풍동실험을 실시하고, 이로부터 한계풍속 기준을 충분히 만족하는 단면을 찾았다. 그리고 다중모드 플러터 해석으로 개발한 단면의 내풍안정성을 검증하였다. 본 연구에서 제시한 세장 단면은 향후 장대 현수교 설계시 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
초형과 내도복성이 다른 품종에 있어서 도복의 정도와 양상을 조사하고 도복과 관련된 형질들의 직ㆍ간접 영향을 분석하기 위하여 3품종을 공시하여 3수준의 재식밀도로 시험한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 경장ㆍ분지수ㆍ절간장은 품종 및 재식밀도간에 각각 또는 상호간에 차이가 있었으며, 주경절수는 품종간 차이는 있었으나 동일 품종내 재식밀도간에는 광교에서만 차이가 있었다. 2. 도복양상은 팔달콩과 장엽콩은 비교적 소식에서는 뿌리도복, 밀식에서는 휨도복이 많았고, 광교에서는 휴폭 30cm까지는 뿌리도복과 휨도복이 비슷한 경향이었으나 휴폭 20cm에서는 휨도복이 현저히 많았다. 3. 팔달콩과 장엽콩에서는 도복과 경장 및 절간장은 정상관, 경엽생중 및 뿌리생중과는 부의 상관이 있었으며, 경직경은 장엽콩에서만 부의 상관이 있었고 광교는 뿌리생중만이 도복과 부의 상관을 보였다. 4. 도복에 대한 직접영향은 팔달콩과 장엽콩에서는 절간장이 가장 컸고, 도복에 약한 광교는 경엽생중이 가장 컸다. 5. 팔달콩과 장엽콩에서는 밀식일수록 휨도복이 많았고, 절간장은 도복과 정상관으로 도복에 미친 직접영향이 가장 큰 형질이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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