다리(건축물)
다리 / Bridge
'''어떠한 것'''을 넘어가기 위한 고가 구조물.
여기서 '''어떠한 것'''에는 냇가, 골짜기, 계곡, 강, 바다와 같은 자연지형부터 도로, 철로, 건물 등 위로 건너갈 수 있을 법한 것들이 거의 들어간다.
교량을 시공할 때는, 해당 구역을 매우는 것보다 교각을 세워 건너가는 것이 더 경제성이 있을 때 시공을 결정하게 된다. 여기서 경제성이란 단순히 직접 현금으로 환산되는 가치 뿐 아니라 생태계 보존과 심미성 등의 가치도 포함된다.
다리를 구성하는 부분은 다음과 같다. 물론 다리의 종류에 따라 이 밖의 다른 구조물들이 추가될 수 있다.
말 그대로 배로 만드는 다리. 한자어로는 주교(舟橋)라고 하며, 물 위에 둥둥 떠있다고 하여 부교(浮橋)라고도 한다. 유속이 빠르면 쓰기 어렵다. 정식 다리가 아니고 잠깐 쓸 용도로 급조하는 다리다. 배들을 촘촘히 깔고 그 위에 널판지를 깔거나 아니면 그냥 넘어다닌다. 전투공병 전역자들은 부교 하면 이가 갈린다(...) 리본부교 참조. 더욱 단순한 형태로는 뗏목을 엮어서 만든 떼다리, 널빤지로 만든 널다리가 있으며, 이것을 한자어로 한 벌교(筏橋), 판교(板橋)는 각각 벌교읍과 판교동의 지명 유래가 되었다.
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특별한 구조물 없이 슬래브(바닥판)와 교각, 교대로만 구성된 교량. 가장 기초적인 형태의 교량이다. 시골길이나 동네에 흐르는 조그마한 하천을 통과하기 위해 주로 지어진다. 의외로 주변에 많다. 주변에서 흔히 볼 수 있는데, 양식이 뭔지 모르겠는 작은 다리라면 거의 99% 슬래브교이다. 작은 다리라고 해서 전부 작진 않고, 너비가 커져서 10차로 이상으로 만들 수도 있다.
이 형식의 교량은 특별한 공학적 구조 없이 슬래브 자체의 하중이 교각이나 다리 양 끝단[1]을 눌러서 안정적으로 고정하는 방식이다. 이 때문에 산간지역의 콘크리트 슬래브 교량들이 폭우가 와서 줄줄이 쓸려내려가는 것을 뉴스에서 가끔 볼 수 있다. 불어난 계곡물이 다리 위까지 차오르면 순간적으로 슬래브를 띄워버리는데, 유속은 빠르기 때문에 물살에 의한 횡력이 가해져 무너져버리는 것.
흔히 아무런 구조물이 없는, 그냥 다리라고 생각하면 된다. 다릿발(교각)을 촘촘히 세우고 거기다가 대들보(Girder)를 놓고 그 위에 상판을 올려놓는 방법이다. 다리 밑으로 가서 보면 상판과 다릿발 사이 구조물이 바로 그것. 싸고 쉽게 만들 수 있으나 모양새가 밋밋하기에 멋이 없다. 또한, 다릿발 간격이 좁고 교량의 높이가 낮은 편이라 선박운행에 제한이 따르기 쉽다. 수심이 깊고 유속이 빠른 곳과 같이 다릿발 만들기 까다로운 지역도 존재한다. 대표적인 교량으로는 부산의 남항대교, 잠실대교를 비롯한 한강의 대부분의 교량들을 들 수 있다. 공학적으로는 가장 안정적인 모양새라 유지보수 비용도 가장 적다. 즉 다리 아래쪽 공간에 뭔가 큰 게 지나가야 하는 경우나 랜드마크를 만들어야 하는 경우 또는 다릿발을 세우는 비용이 지나치게 높은 경우가 아니라면 무조건 거더교.
거더 단면 모양에 따라 주로 박스거더와 I-Beam거더로 나뉘며, 사용 기술 또는 재료[2]에 따라 PSC거더, 철근 콘크리트거더, 강거더로 나뉘고, 합쳐서 강박스거더[3], PSC 박스거더 등으로 불리기도 한다. 다만 박스거더의 경우 철근 콘크리트를 이용한 경우는 극히 드믈며, 강재를 I-Beam에 적용하는 경우도 드물다. 우리 주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 PSC거더교를 꼽자면 역사 KTX. 고속철도 선로를 올려놓은 다리가 이것이다.
시골 기찻길에서 흔히 볼 수 있는 붉은색 철도교가 바로 이 형교다.#소래철교(위키피디아 링크) 붉은색의 철제 거더 위에 철로만 깔아놓은 심플한 형태로, 현재는 각 노선들이 직선/복선/고속화 개량이 되며 PC거더 장대교량에 밀려 점차 사라지고 있으나 여전히 전국에 많이 남아있다.
주로 철재 막대기를 삼각형으로 엮어 구조물을 만든 것을 트러스(Truss)[4]라고 하는데 교량에 트러스를 이용해 다리의 하중을 견디게끔 만든 것이다. 한강철교를 떠올리면 된다. 트러스를 크게 만들기 어렵기 때문에 교각 수는 거더교와 아래 서술하는 교량의 중간 정도. 비틀림 등의 이유로 상판의 폭을 넓게 벌리기 어렵기 때문에 도로용 교량보다는 철도 교량으로 많이 만들어진다. 한강철교, 동호대교, 성수대교, 마곡대교, 성산대교가 트러스교다.
이외에도 재건축 전의 성수대교와 당산철교도 트러스교였다. 이렇게 보면 트러스교가 별로 튼튼한 것 같아보이지 않지만 잘 관리된 트러스교는 100년도 넘게 쓴다. 부실시공과 부실관리의 문제였을 뿐이다. '''애초에 한강철교가 이제 100년이 다 되어간다.'''[5]
트러스교 중 주탑간 길이가 가장 긴 교량은 일본의 이키츠키 다리로 주탑 간 길이가 400m에 이른다.
철교를 트러스교로 건설하면 열차가 지나갈 때 쇠 긁는 소리가 아주 진품명품급으로 시끄럽게 난다. 철과 철이 철 위에서 만나서 서로 긁어대는 소리가 아주 명품.과장좀 보태서 손톱으로 칠판 긁는 소리를 100dB 증폭하면 철교 소음이 난다. 경부선 안양철교를 2016년에 재건축한 이유가 바로 이 트러스교의 소음 때문이다.
소음 문제에도 불구하고 철교는 대부분 트러스교를 채택하는데, 트러스교는 콘크리트 교량에 비해 설계축중이 매우 커지기 때문이다. 자동차보다 기차가 더 무거운 것이 사실이고, 열차 1대 당 수백~수천명의 사람을 싣거나, 전차(탱크) 등 온갖 무거운 화물들을 실어서 넘기는 데에 트러스교를 사용한다.
흔히 무지개 다리, 홍예교로 부르는 고대부터 아치형의 구조를 띈 다리이다.
현대의 아치교는 주로 철제로 만든 아치(arch) 구조물로 하여금 하중을 견디게 만든 교량이다. 때문에 트러스교와 일정정도 혼재된 형태이기도 하며 쉽게 말하자면 크고 둥근 구조물에 얹힌 다리. 유명한 시드니 하버브릿지가 바로 아치교다. 한강대교, 동작대교, 부산대교, 신호대교를 예로 들 수 있다. 미적으로 아름다운 모양새가 나오지만 하버브릿지 같이 상판 아래로 아치가 내려온다면 수로의 가장자리를 지나는 선박이 아치에 충돌할 위험이 있고[6] 교량의 길이에 제한이 가해지는 단점이 있다. 억지로 크게 만들면 사장교보다도 긴 경간 거리를 달성할 수는 있지만 비용이 많이 들게 된다.[7] 부분적으로 아치교 형식을 띄는 곳도 있는데, 방화대교, 서강대교가 대표적이며 양화대교도 한강르네상스 사업에 따른 개조로 부분적으로 아치교가 되었다.
다만 아치구조의 경우 구조역학적으로 봤을 때 힘의 작용각도만 잘 맞춰줄 경우 부재에 거의 축력만 작용하도록 할 수 있다는 장점이 있다. 즉 힘의 집중이 잘 된다.
아주 쉽게 설명하자면 '''통짜 교량'''이다. 다릿발과 상판을 따로 만들어 조립하는 게 아니라 일체로 만드는 것. 제일 쉽게 찾아 볼 수 있는게 고속도로 아래 '''굴다리'''다. 태백선 조동철교처럼 크게 지을 수도 있다. 블로그 참조. 특별한 경우가 아니면 모양이 너무 투박해 멋이 없는 편이고 교량 유지보수 측면에서도 그다지 이점이 없어 큰 다리를 만들어야 할 때는 별로 잘 이용되지 않는다.
무엇보다 지진에 취약하다. 그 이유는 아무래도 통짜로 만들다보니 교각과 교량 상판구조가 그대로 연결되는데, 이러한 연결부에서는 수평력과 수직력의 전환이 쉽지 않는 등의 이유로 응력집중 현상이 발생하기 쉽다. 이러한 구조적 취약점에 주기하중이 극적으로 가해지는 지진이 오게되면 그대로 깨져버린다.
굳이 말하면 짧은 사장교. 상부구조와 하부구조를 결합한 것. 줄여서 ED교라고도 한다.
전체적 외관은 사장교와 비슷하지만 주탑이 낮고 경간이 짧은 교량에 적용하는 것이 특징이다. 주로 케이블에 의해 지지되는 사장교에 비해 비교적 보강거더가 받는 힘이 큰 편. 사실상 보강거더라는 용어가 거더에게 실례될 정도다. 주로 70%는 거더, 30%는 케이블에 지지된다.
케이블이 차지하는 비중이 비교적 적다보니 케이블을 시공한 뒤 통째로 콘크리트 판으로 덮어버리는 ED교가 있는데 이를 '''사판식'''이라고 한다. ED교의 시초인 스위스의 Ganter교가 그 예시이다. 국내 첫 ED교인 양근대교 또한 이 형식을 적용했다.
이와 달리 케이블을 노출시키는 형식을 '''사장외케이블 방식'''이라고 한다. 국내에선 여수 평여2교가 최초로 적용되었다. 현재 많은 ED교는 모두 이 방식으로 건설되고 있다. 동해고속도로 범서대교, 2번 국도 무영대교, 43번 국도 평택대교, 여수 안도대교 등이 있다.
경간은 PSC 거더교와 사장교 사이 정도가 경제성이 있다고 판단되는 것이 특징이다. 따라서 그 위치가 굉장히 애매하다. 또한 미관상으로도 사장교에 비해 주탑이 짜리몽땅하고 케이블 수도 적어서 역시 애매하다.
다만 사장교에 비해 규모가 작아 현장 사정에 따라 달라질 수 있지만 대부분의 경우에서 경제성이 좋고, 심미적으로는 거더교에 비해 뛰어난 편이다 보니 선택되는 경우가 있다. 또는 갑자기 수심이 깊어지는 구간이 있는데 교각을 놓기 애매하다보니 엑스트라도즈교로 설계되는 경우도 더러 있다.
중부내륙선의 공사중인 교각 중 19번 국도와 3번 국도가 만나는 지점에 위치한 설운1교가 이 방식으로 건설중에 있다.
'n경간 현수교/사장교': 다리의 경간 중 몇 개의 구간이 케이블에 의해 실제로 지지되고 있는지를 나타낸다. 이순신대교나 천사대교 사장교 구간의 경우 두 주탑 사이의 상판만이 케이블에 의해 지지되고 있어 단경간 현수교/사장교라고 지칭하며, 광안대교, 인천대교등의 경우 두 주탑 사이의 공간뿐만 아니라 주탑과 앵커리지(케이블을 지상에 고정하는 구조물)/다음 교각 사이의 상판도 케이블에 의해 지지되어 3경간 현수교라고 한다. 주탑 개수가 달라진다면 2경간 현수교/사장교(세 주탑이 있고 주탑 사이만이 케이블에 의해 지지될 경우 / 한 주탑이 있고 주탑 양쪽이 케이블에 의해 지지될 경우, 대부분의 단일주탑 사장교가 이에 해당한다고 볼 수 있다), 4경간 현수교(세 주탑이 있고 주탑과 앵커리지 사이까지 케이블에 의해 지지될 경우, 천사대교 현수교 구간이 이 형식이다.), 또는 그 이상도 가능하다.
커다란 주탑을 세우고 상판을 주탑에 케이블로 달아놓은 교량. 외관상 현수교와 비슷하지만, 상판을 지지하는 케이블이 교각 구조물(주탑)에 직접 붙어있다는 차이점이 있다. 거대할 뿐 아니라 주탑간 거리가 멀고 상판높이도 높여 대형선박이 지나가기도 좋다. 요즘 대한민국 대형교량의 '''대세'''. 세계적으로도 선박이 통행해야 하는 수로나 넓은 바다 위에 다리를 놓을 경우 첫번째로 고려하는 방식이다. 대표적인 교량으로 인천대교, 올림픽대교, 서해대교, 부산항대교, 거가대교, 삼천포대교, 목포대교, 칠산대교, 춘천대교, 제3연륙교(예정)가 있다. 헌재 세계 최장 사장교는 루스키 대교로, 주경간장은 1,104m이다. 현수교보다 값싸게 만들 수 있지만 경간 거리가 현수교보다 제한되는 단점이 있다. 그래도 현수교를 제외하고 경간 거리를 가장 길게 만들 수 있는 방식이다.[8]
1992년 노후화한 행주대교를 사장교 타입으로 옆에 새로 짓다가 공사 중에 상판이 무너져 내린 사고가 발생하였다. 이 당시 KBS에서 현수교와 사장교 등을 공학적으로 다룬 특집을 보도 프로그램으로 내보내기도 하였다. 행주대교 항목 참조.
2016년 7월 8일 오전 11시경, 공사중인 칠산대교의 구조물 상판이 기운 사고가 발생하였다. 자세한 것은 칠산대교 항목 참조.
참고로 일산에 있는 한국건설기술연구원 본관 1동과 본관 2동(신관)을 잇는 구름다리를 사장교로 만들어놨다(....) 초고강도 콘크리트(UHPC)를 이용한 장수명(200년 이상) 초고강도 교량의 시제품 격으로 연구원 안에 테스트베드를 만들어놓은 것. 실제로 보면 벤츠 삼각뿔 모양으로 1개의 주탑과 3개의 경간을 갖고 있으며, 2개의 경간이 양쪽 건물을 잇고 나머지 반대쪽의 1부분은 마치 테라스처럼 뚝 끊어져 있다.
이 기술은 2019년 한국공학한림원이 선정한 10대 선도기술 및 미국 UHPC 어워드를 쟁취하였으며, 춘천의 레고랜드 진입 교량인 춘천대교도 이 방식으로 지어졌다. #
영국의 이삼바드 킹덤 브루넬이 고안한 방식으로, 미국의 금문교, 브루클린 교같이 주탑과 앵커에 주케이블을 늘어지게 달고 교량을 주케이블에 케이블로 매단 형태의 교량. 계곡 사이에 놓은 구름다리 역시 현수교의 일종이라 할 수 있다.[9]
크기도 하거니와 주탑간 거리가 가장 긴 교량이다. 일본의 아카시 해협 대교의 주탑간 거리는 1,991m이고 대한민국의 이순신대교만 해도 1,545m로 2017년 현재 세계 4위이다. 800m인 인천대교(사장교)의 주탑 거리보다도 2배 가까이 길다.[10] 이런 주탑간 거리는 건설기술의 상징과도 같아서 관심도가 높은 부분이다.
2017년에 착공하여 2023년 개통을 목표로 하고 있는 터키 다르다넬스 해협의 차나칼레 현수교는 주탑간 거리가 2,023m로 인류가 건설한 건축물로는 최초로 경간 2km를 넘어서는 구조물이 될 예정이다. 놀랍게도 한국 대림산업이 짓는다.(!)
대한민국의 대표적 현수교는 광안대교, 울산대교, 남해대교[11], 이순신대교, 영종대교가 있다. 단점은 주케이블을 놓는 비용이 사장교에 비해 비싸다는 것이다. 그래서 요즘에는 어지간해서는 사장교를 건설하는 추세. 유지보수 측면에서도 사장교는 케이블에 문제가 생기면 그것만 교체가 가능하지만 현수교는 만에 하나 주케이블에 문제가 생길 경우 다리 자체를 포기해야 한다. 바람의 영향을 가장 많이 받는 교량 형태이기 때문에 공학적인 난이도가 가장 높다. 이 바람 때문에 무너진 다리가 그 유명한 미국의 타코마 다리.
이론적으로나 현실적으로나 가장 경간을 길게 가져갈 수 있는 교량형식으로서 현재 최장 현수교들은 경간이 2km에 달하고 있으며, 이론상 주탑간 거리 4km 이상의 교량도 현재 기술로 건설이 가능하다. 다만 이쯤 되면 같은 거리의 해저터널 보다도 건설비가 많아지기 때문에 시도되지 않고 있을 뿐. 그런 위엄넘치는 외형에 걸맞게 다른 교량에 비하여 설계가 어렵다.
다리 밑으로 통과하는 선박을 위해 만든 교량. 교량이 건설된 지리적, 환경적 요인으로 다리 높이가 제한적일수 밖에 없는데, 이로 인해 선박통행이 어려워질 경우, 다리를 움직여서 선박통행을 가능케 하는 교량을 통틀어 가동교라고 한다. 대표적인 가동교는 도개교(跳開橋)로 상판을 나누고 평상시엔 그대로 쓰다가 선박의 통행이 필요할때에는 일정 시간동안 교통을 통제하면서 상판을 양쪽으로 들어올려 유람선같은 대형 선박이 통과할 수 있게 만든 교량이다. 영국의 타워 브리지가 가장 대표적. 국내에는 영도대교가 있다.
여담으로 이러한 다리를 가장 많이 보유하고 있는 국가는 운하로 유명한 네덜란드이다. 여기는 무려 철도교까지 이러한 구조를 가지고 있다.
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일엽 도개교(Drawbridge). 배가 지나갈 때, 다리의 한쪽이 들어올려져 통행이 가능하도록 만든 다리.
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이엽 도개교(Bascule bridge). 배가 지나갈 때, 다리가 양쪽으로 들어올려져 통행이 가능하도록 만든 다리. 영국의 타워 브리지가 이형식의 도개교다.
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접식교(Folding bridge). 다리가 여러 마디로 나뉘어 있어 배가 지나갈 때, 한쪽으로 접히는 형식의 다리.
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전접교(Curling bridge). 다리가 여러 마디로 나뉘어, 배가 지나갈 때 한쪽으로 말리는 형식의 다리.
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승개교(Vertical-lift bridge). 배가 지나갈 때, 다리가 다리기둥에 설치된 기둥을 타고 위아래로 오르내리는 다리.
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탁자교(Table bridge). 승개교와 유사하나, 교각 안에 있는 기둥에 의해 상판이 오르내리는 다리.
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수납교(Retractable bridge). 배가 지날 때 한쪽으로 상판을 수납하는 형식의 다리.
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전개교(Rolling bascule bridge). 도개교와 유사하나, 가동부에 축 대신 '랙 앤 피니언'을 사용하는 다리. 부산의 영도대교가 이형식을 사용한다.
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잠수교(Submersible bridge) . 배가 지날 때 상판이 물 밑으로 가라앉는 다리.
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비경교(Tilt bridge). 다리를 기울임으로써 배가 지나갈 공간을 확보하는 다리.
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선회교(Swing bridge). 상판이 기둥에 설치된 피벗 구조물을 중심으로 회전하는 다리.
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운반교(Transporter bridge). 케이블카 같은 구조로 차량 등을 실어 옮기는 다리.
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대한민국 경기도 파주시에 있는 감악산 흔들다리.
나무판자로 다리의 모양을 잡고 줄로 형태를 고정하는 다리. 설치 비용은 싼 편에 속하지만 나무와 줄로 만드는 이상 내구도가 낮은 편이며 매우 흔들거리기 때문에 강풍이라도 불면 위험해진다. 물론 당연히 자동차는 못 지나다니고 인도교이다.
매체에서 등장하면 반드시 부서지는 클리셰가 있다.
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중국에 있는 유리교량. 아바타의 촬영지로 유명하다.
'''유리'''로 만든 교량. 바닥이 유리라서 자동차는 못 지나다니고 인도교로 짓는다. 대놓고 관광용으로 만들기 위해 '''아주 높은 곳'''에 지어서 '''추락공포'''를 통한 스릴을 느끼기 위해 만든 교량이다. 세계 최초로 중국에서 시작했고, 한국에도 여러 산에 지으려고 계획중이나 진척이 더디다.
이런 유리교에서는 '''점프 금지, 달리기 금지, 100kg 중량제한'''이 명문화되어 있다. 비만인 사람들은 접근 금지다. 그리고 하루에 8,000명 이상 이용하지 못한다. 교량의 안전에 영향을 미치지는 않지만 신체건강 혹은 정신건강을 위해 심장질환이나 고소공포증이 있는 사람도 유리교에 가지 말아야 한다.
1. 정의
'''어떠한 것'''을 넘어가기 위한 고가 구조물.
여기서 '''어떠한 것'''에는 냇가, 골짜기, 계곡, 강, 바다와 같은 자연지형부터 도로, 철로, 건물 등 위로 건너갈 수 있을 법한 것들이 거의 들어간다.
교량을 시공할 때는, 해당 구역을 매우는 것보다 교각을 세워 건너가는 것이 더 경제성이 있을 때 시공을 결정하게 된다. 여기서 경제성이란 단순히 직접 현금으로 환산되는 가치 뿐 아니라 생태계 보존과 심미성 등의 가치도 포함된다.
다리를 구성하는 부분은 다음과 같다. 물론 다리의 종류에 따라 이 밖의 다른 구조물들이 추가될 수 있다.
- 상판 (Deck) : 실제로 다리 위를 지나갈 대상을 직접 지지하는 부분.
- 교각 (Pier) : 상판의 무게를 땅으로 전달하는 부분 중 다리의 중간에 설치되는 것을 칭한다.
- 교대 (Abutment) : 상판의 무게를 땅으로 전달하는 부분 중 다리의 양 끝에 설치되는 것을 칭한다. 아치교의 경우 다리의 끝이 아니라도 아치의 양 끝에서 무게를 지탱하는 기반 또한 교대라고 부르는데, 이 경우는 해당 교대 위에서 아치교 구간이 끝나고 앞뒤로 접속하는 다른 형식의 다리가 이어서 시작된다고 보면 될 것 같다. 아치의 경우 그 끝이 어디인지가 명확하기 때문에 가능한 해석.
- 경간 (Span) : 인접한 두 교각/교대 사이의 공간.
- 경간장 (Span Width) : 인접한 두 교각/교대 사이의 거리.
- 최대경간장 (Longest Span (Width)) : 한 다리를 구성하는 여러 경간 중 최대의 경간장을 가진 경간의 경간장. 일반적으로 다리의 규모를 가늠하는 척도로 많이 사용된다. 주경간장이라고도 한다. 또 현수교/사장교의 경우 주탑 사이의 경간이 최대경간장이 되는 경우가 잦아, 최대경간장 대신 주탑 간 거리라고도 부른다. 엄밀히 말하자면 '장'을 떼고 '주경간 1,545m' 등으로 표현하는 것은 틀렸다고 할 수도 있겠으나, 영어 한국어를 가리지 않고 그냥 주경간/최대경간으로 말하는 경우가 잦다. 아니, 영어 위키피디아의 경우 'Length'를 모두 떼고 'Main Span' / 'Longest Span'으로 표현을 통일한 상태이다. 어차피 어떻게 말해도 알아들을 거, 쓸데없는 내용을 줄이자고 생각했을지도 모른다.
2. 구조에 따른 종류
2.1. 배다리(Pontoon Bridge)
말 그대로 배로 만드는 다리. 한자어로는 주교(舟橋)라고 하며, 물 위에 둥둥 떠있다고 하여 부교(浮橋)라고도 한다. 유속이 빠르면 쓰기 어렵다. 정식 다리가 아니고 잠깐 쓸 용도로 급조하는 다리다. 배들을 촘촘히 깔고 그 위에 널판지를 깔거나 아니면 그냥 넘어다닌다. 전투공병 전역자들은 부교 하면 이가 갈린다(...) 리본부교 참조. 더욱 단순한 형태로는 뗏목을 엮어서 만든 떼다리, 널빤지로 만든 널다리가 있으며, 이것을 한자어로 한 벌교(筏橋), 판교(板橋)는 각각 벌교읍과 판교동의 지명 유래가 되었다.
2.2. 슬래브교(Slab Bridge)
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특별한 구조물 없이 슬래브(바닥판)와 교각, 교대로만 구성된 교량. 가장 기초적인 형태의 교량이다. 시골길이나 동네에 흐르는 조그마한 하천을 통과하기 위해 주로 지어진다. 의외로 주변에 많다. 주변에서 흔히 볼 수 있는데, 양식이 뭔지 모르겠는 작은 다리라면 거의 99% 슬래브교이다. 작은 다리라고 해서 전부 작진 않고, 너비가 커져서 10차로 이상으로 만들 수도 있다.
이 형식의 교량은 특별한 공학적 구조 없이 슬래브 자체의 하중이 교각이나 다리 양 끝단[1]을 눌러서 안정적으로 고정하는 방식이다. 이 때문에 산간지역의 콘크리트 슬래브 교량들이 폭우가 와서 줄줄이 쓸려내려가는 것을 뉴스에서 가끔 볼 수 있다. 불어난 계곡물이 다리 위까지 차오르면 순간적으로 슬래브를 띄워버리는데, 유속은 빠르기 때문에 물살에 의한 횡력이 가해져 무너져버리는 것.
2.3. 거더교 - 형교(桁橋; Girder Bridge)
흔히 아무런 구조물이 없는, 그냥 다리라고 생각하면 된다. 다릿발(교각)을 촘촘히 세우고 거기다가 대들보(Girder)를 놓고 그 위에 상판을 올려놓는 방법이다. 다리 밑으로 가서 보면 상판과 다릿발 사이 구조물이 바로 그것. 싸고 쉽게 만들 수 있으나 모양새가 밋밋하기에 멋이 없다. 또한, 다릿발 간격이 좁고 교량의 높이가 낮은 편이라 선박운행에 제한이 따르기 쉽다. 수심이 깊고 유속이 빠른 곳과 같이 다릿발 만들기 까다로운 지역도 존재한다. 대표적인 교량으로는 부산의 남항대교, 잠실대교를 비롯한 한강의 대부분의 교량들을 들 수 있다. 공학적으로는 가장 안정적인 모양새라 유지보수 비용도 가장 적다. 즉 다리 아래쪽 공간에 뭔가 큰 게 지나가야 하는 경우나 랜드마크를 만들어야 하는 경우 또는 다릿발을 세우는 비용이 지나치게 높은 경우가 아니라면 무조건 거더교.
거더 단면 모양에 따라 주로 박스거더와 I-Beam거더로 나뉘며, 사용 기술 또는 재료[2]에 따라 PSC거더, 철근 콘크리트거더, 강거더로 나뉘고, 합쳐서 강박스거더[3], PSC 박스거더 등으로 불리기도 한다. 다만 박스거더의 경우 철근 콘크리트를 이용한 경우는 극히 드믈며, 강재를 I-Beam에 적용하는 경우도 드물다. 우리 주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 PSC거더교를 꼽자면 역사 KTX. 고속철도 선로를 올려놓은 다리가 이것이다.
시골 기찻길에서 흔히 볼 수 있는 붉은색 철도교가 바로 이 형교다.#소래철교(위키피디아 링크) 붉은색의 철제 거더 위에 철로만 깔아놓은 심플한 형태로, 현재는 각 노선들이 직선/복선/고속화 개량이 되며 PC거더 장대교량에 밀려 점차 사라지고 있으나 여전히 전국에 많이 남아있다.
2.4. 트러스교(Truss bridge)
주로 철재 막대기를 삼각형으로 엮어 구조물을 만든 것을 트러스(Truss)[4]라고 하는데 교량에 트러스를 이용해 다리의 하중을 견디게끔 만든 것이다. 한강철교를 떠올리면 된다. 트러스를 크게 만들기 어렵기 때문에 교각 수는 거더교와 아래 서술하는 교량의 중간 정도. 비틀림 등의 이유로 상판의 폭을 넓게 벌리기 어렵기 때문에 도로용 교량보다는 철도 교량으로 많이 만들어진다. 한강철교, 동호대교, 성수대교, 마곡대교, 성산대교가 트러스교다.
이외에도 재건축 전의 성수대교와 당산철교도 트러스교였다. 이렇게 보면 트러스교가 별로 튼튼한 것 같아보이지 않지만 잘 관리된 트러스교는 100년도 넘게 쓴다. 부실시공과 부실관리의 문제였을 뿐이다. '''애초에 한강철교가 이제 100년이 다 되어간다.'''[5]
트러스교 중 주탑간 길이가 가장 긴 교량은 일본의 이키츠키 다리로 주탑 간 길이가 400m에 이른다.
철교를 트러스교로 건설하면 열차가 지나갈 때 쇠 긁는 소리가 아주 진품명품급으로 시끄럽게 난다. 철과 철이 철 위에서 만나서 서로 긁어대는 소리가 아주 명품.과장좀 보태서 손톱으로 칠판 긁는 소리를 100dB 증폭하면 철교 소음이 난다. 경부선 안양철교를 2016년에 재건축한 이유가 바로 이 트러스교의 소음 때문이다.
소음 문제에도 불구하고 철교는 대부분 트러스교를 채택하는데, 트러스교는 콘크리트 교량에 비해 설계축중이 매우 커지기 때문이다. 자동차보다 기차가 더 무거운 것이 사실이고, 열차 1대 당 수백~수천명의 사람을 싣거나, 전차(탱크) 등 온갖 무거운 화물들을 실어서 넘기는 데에 트러스교를 사용한다.
2.5. 아치교(Arch Bridge)
흔히 무지개 다리, 홍예교로 부르는 고대부터 아치형의 구조를 띈 다리이다.
현대의 아치교는 주로 철제로 만든 아치(arch) 구조물로 하여금 하중을 견디게 만든 교량이다. 때문에 트러스교와 일정정도 혼재된 형태이기도 하며 쉽게 말하자면 크고 둥근 구조물에 얹힌 다리. 유명한 시드니 하버브릿지가 바로 아치교다. 한강대교, 동작대교, 부산대교, 신호대교를 예로 들 수 있다. 미적으로 아름다운 모양새가 나오지만 하버브릿지 같이 상판 아래로 아치가 내려온다면 수로의 가장자리를 지나는 선박이 아치에 충돌할 위험이 있고[6] 교량의 길이에 제한이 가해지는 단점이 있다. 억지로 크게 만들면 사장교보다도 긴 경간 거리를 달성할 수는 있지만 비용이 많이 들게 된다.[7] 부분적으로 아치교 형식을 띄는 곳도 있는데, 방화대교, 서강대교가 대표적이며 양화대교도 한강르네상스 사업에 따른 개조로 부분적으로 아치교가 되었다.
다만 아치구조의 경우 구조역학적으로 봤을 때 힘의 작용각도만 잘 맞춰줄 경우 부재에 거의 축력만 작용하도록 할 수 있다는 장점이 있다. 즉 힘의 집중이 잘 된다.
2.6. 라멘교(Rahmen Bridge)
아주 쉽게 설명하자면 '''통짜 교량'''이다. 다릿발과 상판을 따로 만들어 조립하는 게 아니라 일체로 만드는 것. 제일 쉽게 찾아 볼 수 있는게 고속도로 아래 '''굴다리'''다. 태백선 조동철교처럼 크게 지을 수도 있다. 블로그 참조. 특별한 경우가 아니면 모양이 너무 투박해 멋이 없는 편이고 교량 유지보수 측면에서도 그다지 이점이 없어 큰 다리를 만들어야 할 때는 별로 잘 이용되지 않는다.
무엇보다 지진에 취약하다. 그 이유는 아무래도 통짜로 만들다보니 교각과 교량 상판구조가 그대로 연결되는데, 이러한 연결부에서는 수평력과 수직력의 전환이 쉽지 않는 등의 이유로 응력집중 현상이 발생하기 쉽다. 이러한 구조적 취약점에 주기하중이 극적으로 가해지는 지진이 오게되면 그대로 깨져버린다.
2.7. 엑스트라도즈교(Extradosed bridge)
굳이 말하면 짧은 사장교. 상부구조와 하부구조를 결합한 것. 줄여서 ED교라고도 한다.
전체적 외관은 사장교와 비슷하지만 주탑이 낮고 경간이 짧은 교량에 적용하는 것이 특징이다. 주로 케이블에 의해 지지되는 사장교에 비해 비교적 보강거더가 받는 힘이 큰 편. 사실상 보강거더라는 용어가 거더에게 실례될 정도다. 주로 70%는 거더, 30%는 케이블에 지지된다.
케이블이 차지하는 비중이 비교적 적다보니 케이블을 시공한 뒤 통째로 콘크리트 판으로 덮어버리는 ED교가 있는데 이를 '''사판식'''이라고 한다. ED교의 시초인 스위스의 Ganter교가 그 예시이다. 국내 첫 ED교인 양근대교 또한 이 형식을 적용했다.
이와 달리 케이블을 노출시키는 형식을 '''사장외케이블 방식'''이라고 한다. 국내에선 여수 평여2교가 최초로 적용되었다. 현재 많은 ED교는 모두 이 방식으로 건설되고 있다. 동해고속도로 범서대교, 2번 국도 무영대교, 43번 국도 평택대교, 여수 안도대교 등이 있다.
경간은 PSC 거더교와 사장교 사이 정도가 경제성이 있다고 판단되는 것이 특징이다. 따라서 그 위치가 굉장히 애매하다. 또한 미관상으로도 사장교에 비해 주탑이 짜리몽땅하고 케이블 수도 적어서 역시 애매하다.
다만 사장교에 비해 규모가 작아 현장 사정에 따라 달라질 수 있지만 대부분의 경우에서 경제성이 좋고, 심미적으로는 거더교에 비해 뛰어난 편이다 보니 선택되는 경우가 있다. 또는 갑자기 수심이 깊어지는 구간이 있는데 교각을 놓기 애매하다보니 엑스트라도즈교로 설계되는 경우도 더러 있다.
중부내륙선의 공사중인 교각 중 19번 국도와 3번 국도가 만나는 지점에 위치한 설운1교가 이 방식으로 건설중에 있다.
2.8. 케이블
'n경간 현수교/사장교': 다리의 경간 중 몇 개의 구간이 케이블에 의해 실제로 지지되고 있는지를 나타낸다. 이순신대교나 천사대교 사장교 구간의 경우 두 주탑 사이의 상판만이 케이블에 의해 지지되고 있어 단경간 현수교/사장교라고 지칭하며, 광안대교, 인천대교등의 경우 두 주탑 사이의 공간뿐만 아니라 주탑과 앵커리지(케이블을 지상에 고정하는 구조물)/다음 교각 사이의 상판도 케이블에 의해 지지되어 3경간 현수교라고 한다. 주탑 개수가 달라진다면 2경간 현수교/사장교(세 주탑이 있고 주탑 사이만이 케이블에 의해 지지될 경우 / 한 주탑이 있고 주탑 양쪽이 케이블에 의해 지지될 경우, 대부분의 단일주탑 사장교가 이에 해당한다고 볼 수 있다), 4경간 현수교(세 주탑이 있고 주탑과 앵커리지 사이까지 케이블에 의해 지지될 경우, 천사대교 현수교 구간이 이 형식이다.), 또는 그 이상도 가능하다.
2.8.1. 사장교(斜張橋; Cable-Stayed Bridge)
커다란 주탑을 세우고 상판을 주탑에 케이블로 달아놓은 교량. 외관상 현수교와 비슷하지만, 상판을 지지하는 케이블이 교각 구조물(주탑)에 직접 붙어있다는 차이점이 있다. 거대할 뿐 아니라 주탑간 거리가 멀고 상판높이도 높여 대형선박이 지나가기도 좋다. 요즘 대한민국 대형교량의 '''대세'''. 세계적으로도 선박이 통행해야 하는 수로나 넓은 바다 위에 다리를 놓을 경우 첫번째로 고려하는 방식이다. 대표적인 교량으로 인천대교, 올림픽대교, 서해대교, 부산항대교, 거가대교, 삼천포대교, 목포대교, 칠산대교, 춘천대교, 제3연륙교(예정)가 있다. 헌재 세계 최장 사장교는 루스키 대교로, 주경간장은 1,104m이다. 현수교보다 값싸게 만들 수 있지만 경간 거리가 현수교보다 제한되는 단점이 있다. 그래도 현수교를 제외하고 경간 거리를 가장 길게 만들 수 있는 방식이다.[8]
1992년 노후화한 행주대교를 사장교 타입으로 옆에 새로 짓다가 공사 중에 상판이 무너져 내린 사고가 발생하였다. 이 당시 KBS에서 현수교와 사장교 등을 공학적으로 다룬 특집을 보도 프로그램으로 내보내기도 하였다. 행주대교 항목 참조.
2016년 7월 8일 오전 11시경, 공사중인 칠산대교의 구조물 상판이 기운 사고가 발생하였다. 자세한 것은 칠산대교 항목 참조.
참고로 일산에 있는 한국건설기술연구원 본관 1동과 본관 2동(신관)을 잇는 구름다리를 사장교로 만들어놨다(....) 초고강도 콘크리트(UHPC)를 이용한 장수명(200년 이상) 초고강도 교량의 시제품 격으로 연구원 안에 테스트베드를 만들어놓은 것. 실제로 보면 벤츠 삼각뿔 모양으로 1개의 주탑과 3개의 경간을 갖고 있으며, 2개의 경간이 양쪽 건물을 잇고 나머지 반대쪽의 1부분은 마치 테라스처럼 뚝 끊어져 있다.
이 기술은 2019년 한국공학한림원이 선정한 10대 선도기술 및 미국 UHPC 어워드를 쟁취하였으며, 춘천의 레고랜드 진입 교량인 춘천대교도 이 방식으로 지어졌다. #
2.8.2. 현수교(懸垂橋; Suspension Bridge)
영국의 이삼바드 킹덤 브루넬이 고안한 방식으로, 미국의 금문교, 브루클린 교같이 주탑과 앵커에 주케이블을 늘어지게 달고 교량을 주케이블에 케이블로 매단 형태의 교량. 계곡 사이에 놓은 구름다리 역시 현수교의 일종이라 할 수 있다.[9]
크기도 하거니와 주탑간 거리가 가장 긴 교량이다. 일본의 아카시 해협 대교의 주탑간 거리는 1,991m이고 대한민국의 이순신대교만 해도 1,545m로 2017년 현재 세계 4위이다. 800m인 인천대교(사장교)의 주탑 거리보다도 2배 가까이 길다.[10] 이런 주탑간 거리는 건설기술의 상징과도 같아서 관심도가 높은 부분이다.
2017년에 착공하여 2023년 개통을 목표로 하고 있는 터키 다르다넬스 해협의 차나칼레 현수교는 주탑간 거리가 2,023m로 인류가 건설한 건축물로는 최초로 경간 2km를 넘어서는 구조물이 될 예정이다. 놀랍게도 한국 대림산업이 짓는다.(!)
대한민국의 대표적 현수교는 광안대교, 울산대교, 남해대교[11], 이순신대교, 영종대교가 있다. 단점은 주케이블을 놓는 비용이 사장교에 비해 비싸다는 것이다. 그래서 요즘에는 어지간해서는 사장교를 건설하는 추세. 유지보수 측면에서도 사장교는 케이블에 문제가 생기면 그것만 교체가 가능하지만 현수교는 만에 하나 주케이블에 문제가 생길 경우 다리 자체를 포기해야 한다. 바람의 영향을 가장 많이 받는 교량 형태이기 때문에 공학적인 난이도가 가장 높다. 이 바람 때문에 무너진 다리가 그 유명한 미국의 타코마 다리.
이론적으로나 현실적으로나 가장 경간을 길게 가져갈 수 있는 교량형식으로서 현재 최장 현수교들은 경간이 2km에 달하고 있으며, 이론상 주탑간 거리 4km 이상의 교량도 현재 기술로 건설이 가능하다. 다만 이쯤 되면 같은 거리의 해저터널 보다도 건설비가 많아지기 때문에 시도되지 않고 있을 뿐. 그런 위엄넘치는 외형에 걸맞게 다른 교량에 비하여 설계가 어렵다.
2.9. 가동교
다리 밑으로 통과하는 선박을 위해 만든 교량. 교량이 건설된 지리적, 환경적 요인으로 다리 높이가 제한적일수 밖에 없는데, 이로 인해 선박통행이 어려워질 경우, 다리를 움직여서 선박통행을 가능케 하는 교량을 통틀어 가동교라고 한다. 대표적인 가동교는 도개교(跳開橋)로 상판을 나누고 평상시엔 그대로 쓰다가 선박의 통행이 필요할때에는 일정 시간동안 교통을 통제하면서 상판을 양쪽으로 들어올려 유람선같은 대형 선박이 통과할 수 있게 만든 교량이다. 영국의 타워 브리지가 가장 대표적. 국내에는 영도대교가 있다.
여담으로 이러한 다리를 가장 많이 보유하고 있는 국가는 운하로 유명한 네덜란드이다. 여기는 무려 철도교까지 이러한 구조를 가지고 있다.
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일엽 도개교(Drawbridge). 배가 지나갈 때, 다리의 한쪽이 들어올려져 통행이 가능하도록 만든 다리.
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이엽 도개교(Bascule bridge). 배가 지나갈 때, 다리가 양쪽으로 들어올려져 통행이 가능하도록 만든 다리. 영국의 타워 브리지가 이형식의 도개교다.
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접식교(Folding bridge). 다리가 여러 마디로 나뉘어 있어 배가 지나갈 때, 한쪽으로 접히는 형식의 다리.
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전접교(Curling bridge). 다리가 여러 마디로 나뉘어, 배가 지나갈 때 한쪽으로 말리는 형식의 다리.
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승개교(Vertical-lift bridge). 배가 지나갈 때, 다리가 다리기둥에 설치된 기둥을 타고 위아래로 오르내리는 다리.
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탁자교(Table bridge). 승개교와 유사하나, 교각 안에 있는 기둥에 의해 상판이 오르내리는 다리.
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수납교(Retractable bridge). 배가 지날 때 한쪽으로 상판을 수납하는 형식의 다리.
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전개교(Rolling bascule bridge). 도개교와 유사하나, 가동부에 축 대신 '랙 앤 피니언'을 사용하는 다리. 부산의 영도대교가 이형식을 사용한다.
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잠수교(Submersible bridge) . 배가 지날 때 상판이 물 밑으로 가라앉는 다리.
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비경교(Tilt bridge). 다리를 기울임으로써 배가 지나갈 공간을 확보하는 다리.
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선회교(Swing bridge). 상판이 기둥에 설치된 피벗 구조물을 중심으로 회전하는 다리.
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운반교(Transporter bridge). 케이블카 같은 구조로 차량 등을 실어 옮기는 다리.
2.10. 흔들다리
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대한민국 경기도 파주시에 있는 감악산 흔들다리.
나무판자로 다리의 모양을 잡고 줄로 형태를 고정하는 다리. 설치 비용은 싼 편에 속하지만 나무와 줄로 만드는 이상 내구도가 낮은 편이며 매우 흔들거리기 때문에 강풍이라도 불면 위험해진다. 물론 당연히 자동차는 못 지나다니고 인도교이다.
매체에서 등장하면 반드시 부서지는 클리셰가 있다.
2.11. 기타 교량의 형태
- 과선교
- 리본부교
- 세월교
- 육교
- 징검다리
- M2 장간조립교
- MGB
- 복합형 - 두 가지 이상의 유형을 섞는 경우. 대표적인 게 형교와 사장교의 형식을 사용한 중국 장쑤성의 단쿤 특대교(Danyang-Kunshan grand bridge)로, 164.8km 의 길이로 세계에서 가장 긴 교량의 타이틀을 얻었다. 경유 하천인 양청호를 잇는 구간은 9km 정도 된다.
3. 소재에 따른 분류
3.1. 유리교
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중국에 있는 유리교량. 아바타의 촬영지로 유명하다.
'''유리'''로 만든 교량. 바닥이 유리라서 자동차는 못 지나다니고 인도교로 짓는다. 대놓고 관광용으로 만들기 위해 '''아주 높은 곳'''에 지어서 '''추락공포'''를 통한 스릴을 느끼기 위해 만든 교량이다. 세계 최초로 중국에서 시작했고, 한국에도 여러 산에 지으려고 계획중이나 진척이 더디다.
이런 유리교에서는 '''점프 금지, 달리기 금지, 100kg 중량제한'''이 명문화되어 있다. 비만인 사람들은 접근 금지다. 그리고 하루에 8,000명 이상 이용하지 못한다. 교량의 안전에 영향을 미치지는 않지만 신체건강 혹은 정신건강을 위해 심장질환이나 고소공포증이 있는 사람도 유리교에 가지 말아야 한다.
4. 기타 분류법
5. 문서가 있는 교량 붕괴 사고
- 타코마 다리붕괴사고
- 성수대교 붕괴 사고(1994년, 한국)
- 미시시피 강 교량 붕괴 사고(2007년, 미국)
- 껀터대교 붕괴 사고(2007년, 베트남)
- 제노바 모란디 교량 붕괴 사고(2018년, 이탈리아)
- 난팡아오대교 붕괴 사고(2019년, 대만)
[1] 사실 교각 자체가 없을 정도로 짧은 경우가 다반사이다.[2] PSC와 철근 콘크리트는 본질적으로 같은 재료이나 기술이 다르므로[3] 흔히 고가도로 등에서 많이 볼 수 있는 녹색교량이 이거다.[4] 구조공학적으로는 부재와 부재를 힌지 절점으로 연결하여 부재에 대한 수직력이 전달 되지 못하도록 하고, 작용하는 힘 역시 이 절점에만 작용하도록 하는 구조체를 트러스라고 한다. 이렇게 가정되면 부재는 휨과 전단력을 전혀 받지 않고 축력만 받게 되는데 이는 역학적으로 매우 효율적이다. 물론 실제로는 부재 자체의 자중, 힌지 절점의 이상적 가정과 현실과의 괴리 때문에 완벽하게 축력만 작용하지는 않는다. 그나마도 과거에는 최대한 이상적 가정과 가까이 만들었으나 요즘은 그냥 볼트로 연결하거나 아예 용접(...)해버린다.[5] 중간에 한국전쟁으로 완파되었지만 임시복구 후 운행만 해도 이제 70년이 다 되어간다.[6] 교각은 배의 높이가 얼마든 그리로 가면 반드시 부딪히기 때문에 당연히 피해가지만 아치교의 경우 배의 높이(특히 굴뚝)를 잘못 계산하거나 물살에 떠밀려 수로의 가장자리로 밀려날 경우 배의 상부 구조물이 아치에 부딪히게 된다. 즉 심리적인 문제.[7] 아치를 거대하게 올리려면 호의 사이에 임시 철골구조물을 쌓고 나서 완성 후 철거해야 하는데 거기에 엄청난 비용이 깨진다. 만약 아치가 무한정 길어진다고 하면 길이뿐만 아니라 수직으로도 엄청 높아져야 하기 때문에 철골 가설비용도 당연히 올라갈 수 밖에 없다. 물론 현수교나 사장교도 극한으로 길어지는데는 한계가 있다지만, 이쪽은 둘다 길어지면 그에 비례하게 주탑만 높게 쌓으면 되기 때문에 적어도 임시교각을 별도로 가설하며 비용을 지불할 필요는 없다. 결과적으로 아치 구조물을 건설하는 비용은 같은 길이의 강철 케이블보다 훨씬 비싸다. 게다가 요즘은 비슷한 환경이면 대체로 사장교로 지으려는 경향이 강해지다 보니... 물론 이쪽들 역시 길어질수록 케이블을 길게 뽑아야 하지만 적어도 잉여 비용은 없다. 다만 중국의 험준한 친링 산맥 같은 곳에서는 아치교 외엔 노답이기 때문에 협곡간 거대 아치를 부설하는 경우가 있다.[8] 비용을 생각하지 않을 경우에는 사실 아치교도 경간을 넓게 벌리는 게 가능하지만 아치교는 넓지 않은 강이나 만, 내해에 걸쳐주는 용도로 지어지며, 사장교처럼 극한으로 경간을 늘리는 용도로 쓰이는 형식은 아니다. 때문에 사장교가 여러모로 경간을 넓게 벌리기에 적합하다. 현재 세계 최장 사장교도 아치교보다 길다.[9] 사실 구름다리가 현수교의 시초이다.[10] 인천대교의 사장교만 해도 세계 5위 수준의 규모다.[11] 한국 최초의 현수교다.[12] 도로교+도보교