교량에 대해 공부하는 사람이라면 한번쯤 들어봤을만 한 타코마 내로우즈 브릿지 입니다.
교량 설계시 바람의 동적 거동에 대해 고려하여 만들도록 하게 한 원인이 되었죠.
이 사진들은 타코마 내로우즈 다리에 대한 자료들을 조사하면서 겟츄 한 사진들입니다.
바람에 의해 교량 상판이 출렁이는 모습입니다. 매우 거센 바람일거라고 생각할 수 있겠지만 사실 산들바람 정도의 수준이었다고 하네요.
상판에서 촬영한 사진.
사진 아랫부분의 길쭉한 톱날같이 생긴 부분은 신축이음장치 라고 하는 것입니다.
보통 저정도까지 늘어나는 경우는 없는데...상판의 변형이 얼마나 심각한지 알 수 있습니다.
파괴 직전.
여전히 크게 흔들리고 있습니다.
파괴.
이 때가 1940년 11월 7일 입니다. 오전에 낙교했다고 하는데, 정확히 몇시인지는 기억이 잘 안나는군요;;;
다행히 교통통제중이어서 인명 피해는 없었다고 합니다.
파괴 후.
중앙경간 부분의 상판이 떨어져 나가면서 밸런스가 무너졌습니다. 때문에 측경간이 심하게 쳐지게 되었습니다.
파괴후의 Center diagonal tie의 상태입니다.
타코마 내로우즈교의 바람에 의한 진동은 개통할 때 부터 문제가 되어왔는데, 이 center diagonal tie는 이를 조금이나마 억제하기 위해 설치된 것입니다. 계속되는 반복하중에 의한 피로의 누적으로 이 와이어 역시 파괴되었습니다.
좌상: 상판이 아래로 쳐졌을 때. 와이어에 인장력이 가해진 상태입니다.
우상: 상판이 위로 올라갔을 때. 가해졌던 인장력이 사라졌음을 알 수 있습니다.
좌하: 파괴후의 주케이블의 상태. 몇 개의 와이어가 끊어져 있으며 볼트로 이탈되었습니다.
우하: center diagonal tie의 파괴된 모습입니다.
파괴후 상판의 상태입니다. 뒤틀림에 의해 변위가 발생, 부재에 변형을 일으켜 파괴응력에 다다르게 됩니다.
이 다리를 설계한 모이세프는 당시 천재적인 교량 기술자였다고 합니다. 그가 주창한 현수교의 처짐이론은 당시로선 굉장히 획기적인 설계이론이었으며 덕분에 보다 날씬하고 아름다운 현수교를 만드는게 가능해졌습니다.
물론 그 당시라고 바람의 영향을 고려하지 않았던건 아닙니다. 하지만 그 고려는 단지 교량이 바람을 맞으면서 생기는 압력에 의한 '정적인' 영향만 고려했을 뿐, 이렇게 바람에 의해 상판이 "펄럭거리며" 공진하는 '동적인' 거동에 의해 파괴가 되리라고 생각한 기술자는 없었습니다. 때문에 후에 실시된 타코마 내로우즈의 낙교에 대한 조사에서 모이세프는 "당시 기술로선 예상할 수 없는 현상에 발생하여 구조물이 파괴되었으므로" 사고의 책임을 면하게 됩니다.
하지만 안타깝게도 그는 이 사고의 충격이었는지, 얼마 되지 않아 세상을 떠나게 됩니다.
실패하지 않고 성공을 이루는 것이 불가능한건 아닐 것입니다. 다만 그렇게 그렇게 되면, 지금의 우리보다 한 발 앞서 나가게 되는, 진보라고 하는 것의 속도는 매우 느려지겠죠...
하지만 무턱대고 진보만을 추구할 수는 없는 노릇입니다. 엔지니어는 엄연히 현실세계 위에 서 있는 존재입니다. 그것은 곧 비용과, 안전성과 기능성 등을 고려해야 한다는 의미입니다.
결국 진보와 현실의 절충점을 찾는 것이 최선의 선택이겠죠.
Optimization.
공학이란 그런 것이라 생각합니다. Engineering이 Science나 Art와 구분되는 포인트 중의 하나겠죠.
만약 모이세프가 좀 더 오래 살아서 이 실패를 교훈삼아 자신의 이론을 좀 발전시켰다면, 현재의 현수교의 양상은 과연 어떻게 달라져있을까 하는 생각이 듭니다.
현재 이 사고현장은 사적(史蹟)으로 보존되고 있으며 그 옆에는 New Tacoma narrows bridge라는 현수교(트러스 보강형)가 가설되어 현재까지 그 기능을 다하고 있습니다.
또한 이 사고 이후 현수교와 같은 장대 케이블 교량을 설계할 때엔 풍동실험을 하는 것이 보편화 되었으며 댐퍼와 같은 장비를 이용해 진동을 흡수하는 등, 현수교는 한 단계 진화하게 됩니다.