세계 다리명 백과 - 인피니티브리지[ Infinity Bridge ]

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세계 다리명 백과 - 인피니티브리지[ Infinity Bridge ]

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hanjy9713

2023.11.19. 17:17조회 14

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세계 다리명 백과

인피니티브리지

[ Infinity Bridge ]

요약 인피니티교는 영국 티스(Tees)강 위에 놓인 크기가 다른 2개의 비대칭 타이드아치교다. 영국 티스 밸리(Tees Valley) 재생 사업의 일환으로 티스데일(Teesdale) 공원과 더럼 대학의 스톡턴 캠퍼스를 연계해주는, 보행자와 자전거를 위한 다리다.

인피니티브리지 전경

크기가 서로 다른 2개의 비대칭 타이드아치를 연이어서 배치해 우아함이 느껴지는 인피니티브리지

1. 다리의 정의

인피니티브리지는 영국 북동쪽에 위치한 스톡턴-온-티스 지역에 티스(Tees)강을 횡단하는 보도와 자저건 도로를 겸한 교량이다. 인피니티브리지는 공모 당시부터 새롭게 지어지는 다리를 이 지역의 랜드마크로 내세우기 위해 극적인 구조를 의도적으로 요청했다.

익스페디션 엔지니어링(Expedition Engineering)과 스펜스 어소시에이츠(Spence Associates)의 협업으로 설계한 2개의 연속 비대칭 타이드아치교는 미니멀리즘의 극치였다. 최소한의 재료로 최대의 효과를 추구하는 세장한 교량인 까닭에, 구조 시스템의 좌굴, 진동의 구조적 거동을 포함해 단면 형상의 최적화와 시공 등 공학적으로 해결해야 할 다양한 문제점이 아주 많았다. 그러나 이 모든 문제들을 성공적으로 풀어나가서 2009년 5월 14일 개통했다.

인피니티브리지의 원래 이름은 노스쇼어브리지(North Shore Bridge)였으나 티스강 위에 투영된 모습이 수학적 기호인 무한대 꼴을 닮아서 현재의 이름이 붙여졌다. 크기가 서로 다른 2개의 비대칭 아치교는 구조 공학적로는 힘의 효율성을 살릴 뿐 아니라 교량의 우아한 구조미를 더욱 돋보이게 한다.

2. 다리의 건설 배경

영국 북동쪽에 위치한 스톡턴-온-티스 지역에 티스강을 횡단하는 보도와 자저건 도로를 겸한 인피니티브리지는 3억 2천만 파운드 소요 규모의 티스 밸리 재생을 위한 노스 쇼어(North Shore)의 재개발 프로젝트를 수행하면서 티스데일(Teesdale) 공원과 더럼 대학의 퀸즈 캠퍼스를 연결해주는 교량으로 탄생한 것이다. 총 공사비 1,500만 파운드가 소요된 이 교량은 영국 왕립 건축가협회인 RIBA(Royal Institute of British Architects)가 2003년에 스톡턴에 흐르는 티스강을 횡단하는 품격 있는 랜드마크가 될 교량 설계를 위해 개최한 공모전에서부터 시작됐다.

당시 공모전에는 특별한 주문이 있었는데, 비용 유발에 대한 충분한 가치가 있는 극적인 형태를 설계해달라는 주문이 바로 그것이다. 또한 교량 설계 수명은 120년으로 요청하였다. 공모 결과 미니멀리즘을 선보인 익스페디션 엔지니어링과 스펜스 어소시에이츠가 함께 설계한 2개의 연속 비대칭 아치교의 설계안이 당선됐다. 새로운 교량이 위치할 지역은 스톡턴 지역 중심과 가까운 수변 재생의 핵심 지역으로 마거릿 대처(Margaret Thatcher)가 1987년 유럽에서 가장 큰 규모의 재생 사업이 될 것이라는 유사 발표를 한 지역이기도 하다.

인피니티브리지라는 이름의 이유

티스강 위에 투영된 모습이 수학적 기호인 무한대 꼴을 닮아서 인피니티브리지라는 이름이 붙었다.

3. 다리의 역사

스톡턴은 나무를 의미하는 ‘Stocc’와 농장을 의미하는 ‘ton’으로 끝나는 전형적인 앵글로색슨 이름으로 ‘통나무로 세워진 농장’이란 뜻을 지니고 있다. 티스강의 북측 둑 인근에 위치한 고지대인 스톡턴은 이름이 내포하는 대로 앵글로색슨족의 정착지였다. 15세기에는 조선소 건물들이 들어서기 시작했고, 17세기와 18세기 동안 계속 번성했다. 이 시기에 벽돌이나 로프 같은 소규모 공업들도 함께 발전했는데, 산업혁명이 진행됨에 따라서 18세기에는 철강업도 시작되었다.

1825년, 스톡턴 사람들은 세계적으로 산업의 시대가 새롭게 도래하는 것을 직접 목격하게 되었다. 세계 최초로 증기 기관차를 이용해 화물과 여객을 수송했던 스톡턴-달링턴 철도가 1825년 9월 27일 개통했기 때문이다. 이 철도는 주로 석탄 운송을 위한 상업용 철도로 사용되었다. 사실 이 철도가 처음 개통할 당시에는 이러한 철도 운송이 매우 일시적으로 그칠 것이라는 생각이 우세했다.

그러나 당시 사람들의 생각과는 달리, 이후 세계 철도 건설은 더욱 촉진되었다. 말하자면 스톡턴은 세계 최초의 증기 기관차 운항 철도와 더불어 가장 오래된 여객 철도 역사 건물이 있는 곳이다. 또한, 1856년 8월 런던의 웨스트민스터 궁전 북쪽 끝에 있는 시계탑에 딸린 큰 종인 빅벤(Big Ben)을 맨 처음 주조한 곳이기도 하다(이 종은 곧 심한 손상을 입게 돼 웨스트민스터 근교에서 다시 제작된 것으로 대체되었다). 산업 발전과 더불어 마을 인구는 1851년 1만 명에서 1901년에는 5만 명을 넘어섰다.

스톡턴의 주요 산업은 철강과 화학제품뿐만 아니라 조선업과 중공업이 주류를 이뤘으나, 20세기에 이르러 중공업은 급속도로 쇠퇴하였다.

이후 도시의 영광을 다시 찾기 위해 티스 밸리 재생을 위한 노스 쇼어의 재개발 프로젝트가 시작됐고, 지역의 랜드마크가 될 다리를 건설하자는 데 의견이 모아졌다.

4. 다리의 기술 및 공법

1) 다리의 설계 및 디자인

1671년 로버트 훅(Robert Hooke)은 2지점에 매달린 무거운 체인을 거울에 맺힌 상으로 바꾼다면 완전한 아치가 될 수 있음을 발견했다. 공학적 전문성을 지닌 인피니티 다리 설계자들 또한 이 체인 모델에서 착안해 2개 아치의 이상적인 형상으로 설계안을 계획했고, 미니멀리즘을 강조한 이 계획안이 공모에 당선됐다. 당선 후 세장한 아치의 구조적 안정성을 비롯해서 부재 제작 및 시공 등 다양한 공학적 문제들을 해결하기 위해서 세밀한 후속 설계를 진행하였다.

미니멀리즘의 극치로 표현된 세장한 아치를 기본으로 새로운 연속 2경간 비대칭 아치 구조 시스템을 실현시키기 위해서는 매우 정밀한 공학적 설계와 검토가 필수적이었다. 아치교의 구조 안정성 검토, 장경간교의 진동, 힘의 흐름과 구조미를 돋보이게 하기 위해서 조형미를 가미한 단면 제작과 강상에서의 시공 등 다양한 엔지니어들과 긴밀한 협업이 진행됐다.

특히, 디지털 기반 3차원 모델을 설계 단계뿐만 아니라 부재 제작까지 확장해 이용함으로써 2차원적 캐드(CAD) 정보 전달 과정에서 발생할 수 있는 오해와 오차를 제거하고자 했다. 이러한 디지털 기반 설계는 의도한 설계 개념을 바르게 표현하는 데뿐만 아니라 제작과 시공의 질과 효율성을 높여주었다. 이를 위해 건축 설계를 맡은 익스페디션 엔지니어링, 강재 제작을 맡은 클리블랜드 브리지(Cleveland Bridge UK Ltd, CBUK), 주 시공 계약자인 발포어 비티 시빌 엔지니어링(Balfour Beatty Civil Engineering)과 발주처인 스톡턴 자치 의회(Stockton-on-Tees Borough Council)까지 모두 적극적으로 협업하였다.

한편 플린트 & 닐(Flint & Neill)은 카테고리 III 디자인 체크(Category III Design Check)라 불리는 제3자 검토를 독립적으로 수행하기도 했다. 세장한 아치의 좌굴 가능성 검토 과정에서 이론적 좌굴 하중에 대한 아치의 허용 오차를 설정하고, 혹시나 발생할 수 있는 특정 부재의 손상으로 인한 구조물의 거동에 대한 효과도 분석했다.

비대칭 타이드아치교

크기가 다른 2개의 아치는 어떤 위치에서 바라보아도 유려한 아름다움을 느끼게 한다.

2) 다리의 건설 공법 및 특징

인피니트브리지는 180m인 아치 길이에 비해 폭이 5m로 좁다는 점을 살려 단아하면서도 우아한 세련미를 표현하고자 했다. 심지어 음악 악기의 현과 같은 세장한 맛을 느끼게 해준다. 이러한 세장미를 위해서 인피니티브리지는 타이드아치 형식을 갖춘 보우 스트링 형식을 기본적 구조 형식으로 사용했다. 타이드아치는 아치의 지점부에서 밖으로 밀어내려는 추력을 내부 인장재인 타이로 저항하도록 하는 형식이다.

아치가 옆으로 퍼지려는 것을 턴 버클이 안으로 당겨주는 인장재 역할을 한다. 타이드아치는 지반이 약하거나 외부적 지지 조건이 허락하지 않을 때 매우 효율적이다. 인피니티브리지는 경간장이 서로 다른 2경간 비대칭 아치를 연속적으로 배치하고 아치가 연결되는 위치에 육중한 기초 대신에 전체적인 디자인과 부합하도록 세장한 기둥이 서로 교차한 모습으로 보이는 교각 위에 얹어 놓은 모습으로 설계했다.

연속 아치를 지지하는 교각

연속 아치를 지지하는 살짝 떠받치는 듯한 교차 기둥 모습

아치 구조는 내후성 강재를 이용해 사다리꼴 상자형 단면을 하중 흐름에 따라 단면의 크기를 변화시켜가면서 설계 · 제작함으로써 매우 세장하고 독특한 형태를 만들어냈다. 커다란 아치는 스팬 120m, 높이 32m, 작은 아치는 스팬 60m, 높이 16m로 아치의 무게만 총 300t에 이른다.

부재 제작과 시공을 수행한 CBUK는 구조 단면 제작과 시공을 맡았다. CBUK의 주된 역할은 아치 형상 설계의 자문과 제작 동조 질량 댐퍼(Tuned Mass Damper)와 케이블 설치, 단면 두께가 얇은 프리캐스트 콘크리트 데크 제작을 맡았다. 3차원 캐드 모델을 기반으로 매우 정밀한 형상으로 단면을 가공해 제작했다.

공장에서 제작된 부재들은 현장 근처로 운송해 작업장에서 부분 조립해 시공하는 방식을 택했다. 현장 조립은 2008년 3월에 시작해서 2008년 10월까지 데크와 타이 케이블 긴장까지 상부 구조의 가설을 마무리했다. DLT(Dorman Long Technology)는 시공 단계별 해석, 동력학적 해석, 임시 가설 단계의 개념 설계와 상세 설계, 장비를 포함해 가설 전 공정을 도맡아 수행했는데, 주 아치 가설을 위해서 영국 이동식 크레인 중에서 가장 큰 Gottwald AK680이 사용됐다.

데크는 단면의 폭이 5m, 길이 7.5m인 프리캐스트 콘크리트 단면 32개로 구성됐다. 이 데크는 7.5m 간격의 경사 행어로 지지되는데 행어는 직경 30mm의 고강도 록 코일(Locked Coil) 나선형 스트랜드다. 데크 단면의 단부는 플러터링을 방지하기 위해 공기 동력학적으로 유리한 형상으로 제작됐다.

한편, 2000년 6월 영국 템스강의 밀레니엄브리지가 개통한 직후 수많은 사람들이 다리 위를 건너자 교량이 좌우로 크게 흔들리는 사건이 발생했다. 이전까지 잘 알려지지 않았던 횡 방향 흔들림에 대한 공명 현상이었다. 이는 보행자 하중으로 야기되는 횡 방향 움직임과 교량의 횡 방향 고유 주파수가 결합해서 발생한 움직임으로 밝혀졌다. 이러한 현상을 해결하기 위해서 댐퍼를 교량 길이 방향으로 장착해 횡 방향 진동을 유발시키는 힘들을 흡수함으로써 교량의 안정화를 꾀하였다.

당연히 세장한 보도교인 인피니티브리지 설계 시에도 이러한 현상이 우려되었다. 그래서 7개의 5단계 질량 동조기를 데크 하부에 설치해 교량 전체 구조와 일체화되어 거동하도록 했다. 긴 아치 교량 측에는 6개, 짧은 아치 측에는 1개가 각각 설치됐다. 댐퍼는 교량의 미관을 위해서 콘크리트 데크 안에 약간 뒤로 물러서 장착했다.

인피니티브리지의 구조적 안정성은 아치와 타이가 하나로 총체화되어야 확보된다. 그래서 장력이 긴장된 타이를 정착시켰다.

작은 아치에 설치된 질량 동조기

콘크리트 데크 하단부에 설치된 질량 동조기는 교량의 진동을 제어하는 데 도움을 준다.

3) 다리 관련 시설 및 조형물

주간에 느끼는 인피니티브리지의 절제된 세련미는 조명을 받는 야간 경관에서는 더욱 다채로운 모습으로 변신한다. 난간 아래로 감춰진 조명 장치에 인피니티 교량 맞춤형 LED 조명이 설치돼 있다. 각 유닛에 소요되는 전력량은 2가지 색상에 대해서 최대 3W로, 전체적으로 대략 200유닛이 배치돼 있다. 야간 조명등을 밝힌 인피니티브리지는 낮의 모습과는 다른 새로운 경관을 연출한다.

LED 조명 장치

교량의 아름다움을 헤치지 않기 위해 난간과 일체화된 맞춤형 조명 장치를 설치했다.

조명을 켠 인피니티브리지

밤이 되면 컬러감 풍부한 빛이 더해져 다리의 우아함이 더욱 커진다.

5. 다리의 역할, 상징 및 의미

인피니티브리지는 교량으로서의 고유의 역할뿐 아니라 지역의 랜드마크 역할을 충실히 해냈다. 더불어 구조미를 기반으로 하는 조형미의 우수성도 입증했다. 영국 토목학회인 ICE에서 티스강을 따라서 펼쳐진 교량들을 리플릿으로 만들었는데, 지금까지 건설된 다양한 교량들 중 중간쯤에 위치한 인피니티브리지는 그 독창성과 아름다움이 매우 돋보인다. 그 아름다운 조형미로 당당히 서서 티스 강둑을 따라서 스톡턴과 미들브로우 사이 티스 밸리 재생 계획에 큰 힘을 보태고 있다.

6. 활력의 다리

비대칭 아치교 너머로 쏟아지는 불빛은 많은 사람들의 열정을 자극하기에 충분하다. 계속해서 그 지역을 오가는 많은 사람들에게도 극적인 구조 형태가 주는 감흥은 색다른 경험으로 다가서고 있다. 이러한 감흥은 감상에서 끝나지 않았다. 인피니티브리지는 여러 기관으로부터 구조, 시공, 환경 등 다양한 분야에서 그 우수성을 인정받았다. 2009년 영국 ‘Institution of Structural Engineers’에서 우수한 구조물에 수여하는 Supreme Award를 수상한 것을 비롯해 the Concrete Society Civil Engineering Award, the ICE Robert Stephenson Award도 수상했다. 2010년에도 Structural Steel Design Award, the North East Constructing Excellence Awards ‘Project of the Year’와 환경 분야에서 the Green Apple Award를 받기도 했다.

인피니티브리지의 야경

어두운 밤 강물에 비치는 인피티니브리지는 다리가 아닌 하나의 예술 작품처럼 느껴지기도 한다.

[네이버 지식백과] 인피니티브리지 [Infinity Bridge] (세계 다리명 백과, 김남희)

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