Sunshine Skyway Bridge 선샤인 스카이 브리지 붕괴 사고와 교량 선박 충돌에 관하여 - 선박과 교량의 충돌 해석 및 설계, 충돌 방지공 관련

본문내용

미연에 방지하거나, 충돌 후 2차 충돌이 발생하지 않도록 충돌 하중을 감소시킬 수 있는 적절한 충돌 방지공의 설계를 고려하는 것은 교량의 안전성 확보에 기여할 수 있다. 충돌 방지공의 설계는 교량에 전달되는 충돌 하중을 막거나, 하중 방향을 바꾸거나, 또는 충돌 시 전달되는 에너지를 감소할 수 있는 시스템이어야 하며, 또한 선체의 파단력보다 낮아서 충돌 시 발생하는 에너지가 선박에 전달되지 않고 흡수할 수 있는 시스템이어야 한다.
2. 충돌 방지공의 종류
: 충돌 방지공은 직접 교량 구조물에 부착 설치하는 팬더시스템과 Dolphin과 같이 교량과는 독립적으로 설치할 수 있는 시스템으로 나눌 수 있다.
구분
Steel Type
잔교식 보호공
Dolphin식 보호공
형상
특징
Steel 재료의 소성 변형에 의한 에너지 흡수가 우수
구조 형식에 따라 큰 에너지 흡수가 가능
국부 손상시 보수, 보강이 용이
교량과 선박과의 충돌 완전 방지
강판 파일의 변형에 의한 에너지 흡수량이 뛰어남
적용 사례가 많음
교량과 선박과의 충돌 완전 방지
소성 변형 및 국부적인 파괴를 통하여 에너지 흡수
<표 2 : 충돌 방지공의 종류 및 특징 >
3. 충돌 방지공의 충돌 해석
: 충돌 방지공의 해석은 일반 화물선에 대하여 표 2에 나타난 Steel type식과 Dolphin식 방지공에 대하여 개략적으로 해석을 수행하여 각각의 거동 형태를 분석하였다. Steel type은 steel 재료의 소성 변형과 구조 거동에 의해 충돌 에너지를 흡수한다. 그림3에서 나타내었듯이 선박이 직접 충돌 하는 경우보다 방지공 설치 시 방지공 설치를 고려하여 설계 충돌 하중을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
그림 3. Steel type형식의 방지공 성능 그래프
Dolphin식 충돌 방지공은 적용 사례가 가장 많으며, 교량과 선박의 충돌을 완전히 방지하는 개념이다. Sheet pile 시공 후 에너지 흡수가 뛰어난 속채움재(모래)를 채움으로서, 충돌시 선박의 충돌 에너지를 흡수한다. 충돌 해석 결과 그림４에 나타내었듯이 대부분의 충돌 에너지는 속채움재와 선박의 변형에 의해 흡수되는 것으로 나타났다.
충돌 방지공의 개략적인 수치 해석 결과 steel type의 방지공의 경우 교량에 발생하는 충돌 하중을 직접 충돌 시에 비해 상당히 감소시킬 수 있는 것으로 나타났으며, Dolphin식 충돌 방지공의 경우 충돌 방지공을 교량 주변에 적절히 배치함으로서 교량과 선박과의 충돌을 미연에 방지 할 수 있을 것으로 판단된다. 하지만 충돌 방지공과 지반과의 상호 관계에 의한 sliding 및 해석 시 구속 조건 등에 대해서는 좀 더 많은 연구가 수행되어야 할 것이다.
● 두 번째 Sunshine Skyway Bridge
: 세인트 피터스버그(St. Petersburg)와 플로리다주의 템퍼만(Tampa Bay)을 연결하는 이 횡단 교량은 1954년에 건설되었다. 첫 번째 교량은 주경간 L=257.86m의 캔틸레버 트러스교로 항로상에 가설되었으나 교통량의 증가에 따라 1971년 기존교량 곁에 동일한 교량을 가설하였다. 1954년에 가설된 당초의 교량을 Sunshine Skyway Bridge라고 불렀으나 두 번째 교량을 완공한 후 플로리다주의 교량 설계자의 이름을 따서 빌딘교(bill-Dean Bridge)로 공식적으로 개칭하였다. 그러나 일반 대중과 언론은 원래의 신비로운 교량명인 Sunshine Skyway Bridge를 더 선호하여 빌딘교로 새로 개칭된 교량명을 결코 좋아하지 않았다.
Summit Venture호의 비극적인 사고이후 6,436km의 템퍼만을 횡단하는 당초의 교량은 이제 분리된 선형으로 하여 완전히 새로 신설한 교량으로 대체되었다. 항로상의 종곡선의 표고가 높은 중앙 경간장의 사장교 설치구간은 책임 기술자 진 뮬러(Jean Muller)의 주도아래 픽 앤 뮬러(Figg and Muller) 기술단에 의해 설계 되었고, 종곡선의 표고가 낮은 경간은 플로리다주의 운수성(Dept. of Transportation)에 의해 설계 된 반면, 교량 방충공은 파슨즈 브링크 호프(Parsons Brinkerhoff)가 설계하였다. 주교각 주위에 설치된 섬 식 콘크리트의 돌핀 방충재(Dolphin Bumpers)는 시속 18.52km의 속도로 운항하는 87,000톤급의 유조선의 충격에도 안전하도록 설계되었다.
주운항로상의 사장교의 경간은 365.76m, 수면상의 통과높이는 58.82m로 설계 하였으나 강연선의 길이는 719.328kmsk 되고 케이블 덮개(Cable Cover)를 코팅하기 위해 9.463m2의 선황색 도장량이 소요되었다.
수면상에서 교각 직경 21.0m, 교량 상부공까지 52.5m의 고교각으로 건설되었고, 각개의 교각에 9,939.15m3의 콘크리트가 타설되었다. 교면 상부에는 직경 15.0m의 콘크리트 주탑(Pylon)으로 하였으며 탑의 정부는 수면상에서 높이가 131.37m나 된다.
Dolphin식 충돌 방지공의 해석결과
운행시 주경간 곡선부 전경
운행시 주경간 사장재 전경
1987년 재개통된 신설 Sunshine Skyway Bridge
각 주탑은 21ea의 사장재를 지지하고 각 경간 하면의 상부 슬래브를 지지하도록 하였다. 1982년 6월에 시작된 이 건설공사에 2억4천5백만 달러의 공사비가 소요되었으며 1987년 4월에 개통되었다.
Sunshine Skyway Bridge의 석양의 실루엣
교량건설에 소요된 강재량은 746대의 그레이하운드 버스(Grey Hound Bus)를 만들 수 있는 양이며, 펜사콜라(Pensacola)에서 키이웨스트(KeyWest)까지 폭1.2m의 보도육교를 만들 수 있는 충분한 콘크리트의 양이었다.
폭 12.0m의 4차로 도로는 20,000대/일의 차량을 통행시킬 수 있는 교량으로 가설되었다. 템퍼만은 열대성 기후로 허리케인이 발생할 수 있는 지역으로 풍속 107.3m/s와 거스트 129.61m/s의 풍하중에도 안전하도록 설계되었다.
지금까지 템퍼만으로 바람이분 멕시코만의 기록된 최대 풍속은 1969년에 있었던 풍속84.91m/s를 동반한 커밀러(Camile) 허리케인 이었다.

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