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태평양 위에 떠있는 금문교를 볼 때 여러분의 눈은 그것에 아름다운 현숙 케이블 시스템에 끌릴지도 모릅니다. 만약이 케이블 시스템이 없다면 이 다리는 어떻게 될까요? 반달이 말해서 그것은 재앙이 될 것입니다. 태평양의 치명적인 조류를 용감히 대면하고 수석 설계 엔지니어인 조셉 스트라우스 씨와 함께 골든 게이트 다리를 건설해보세요. 우리는 또한 근몽교가 이룬 매혹적인 공학적 위협을 탐구할 것입니다. 따라오세요.
금문교는 현수교입니다. 매우 간편화된 현수교는 다음과 같은 방법으로 건설될 수 있습니다. 바다의 양끝에 두 개의 탑을 세우고, 탑 사이의 긴 케이블을 매달아 놓으세요. 이 케이블은 포물선으로 근사할 수 있습니다. 이제 기둥에 있는 콘크리트 도로 갑판을 부착해 보겠습니다. 이것은 분명히 도로 갑판 끝에 대한 지지를 제공합니다. 메인 케이블과 로드데크 사이의 현수 케이블을 연결하면 다리도 길이에 따라 지지되기 때문에, 앞에서 본 것처럼 로드데크가 고장 나지 않습니다. 이것은 현수교 뒤에 있는 기본 디자인입니다.
금은교에 대해 자세히 알아보기 전에 먼저 엔지니어들이 왜이 부지에 현수 설계를 선택했는지에 대해 알아보겠습니다. 골든게이트의 두 해안선 사이의 거리는 무려 2.7km입니다. 역의 기존의 현규를 건설해 보겠습니다. 도로가파는 다양한 교각으로 지탱되는 것을 볼 수 있습니다. 이 교과계 존재는 아랫배의 움직임을 차단합니다. 여러분이 상상할 수 있듯이, 300피트 깊이의 물속에 그것들을 건설하는 것은 엄청난 비용이 될 것입니다. 따라서 기둥 설계는 여기서 의미가 없습니다.
이제 아치형 다리를 생각해 보겠습니다. 이것은 분명히 베드를 위한 통로를 제공할 것입니다. 그러나 아치 모양을 유지하기 위해서는 다리가 극도로 높아야 합니다. 그러한 구조는 구축하기가 상당히 복잡할 것입니다. 그래서 조셉 스트라우스 씨가 현숙 디자인을 선택한 것입니다. 현수교는 우리가 논의한 모든 단점을 매우 효율적으로 극복할 수 있는 달입니다.
그럼 이제 현수교의 설계 세부사항을 알아보겠습니다. 이 디자인은 한 가지 눈에 띄는 문제가 있습니다. 이렇게 다리를 건설하면 탑들이 그림과 같이 안쪽으로 휘어지게 됩니다. 메인 케이블은 엄청난 인장 하중을 받고 있습니다. 이것은 탑에 힘을 가합니다. 이 힘을 해결하면, 탑의 안쪽으로 작용하는 불균형한 수평력이 있다는 것을 알 수 있는데, 이는 탑이 구부러지는 이유를 설명합니다. 이 문제에 대한 해결책을 찾을 수 있나요? 이 수평력을 무효화하기 위해서는 반대 방향으로 작용하는 동일한 힘이 필요합니다. 간단한 해결책은 메인 케이블을 연장하고 정착 장치를 통해 땅에 고정하는 것입니다.
하지만 우리는 간단한 아이디어로 이 다리를 건설하는데 필요한 재원을 최적화할 수 있습니다. 우리가 해야 할 일은 탑을 서로 더 가까이 옮기는 것입니다. 이제 지시되지 않는 달이데크의 길이가 줄어듭니다. 이 때문에 케이블의 장력이 줄어듭니다. 이렇게 하면 단면적이 더 적은 케이블로 이어집니다. 주요 케이블의 폭은 보통 사람의 키에 절반 이상입니다. 관광 명소로서 이 인상적인 메인 케이블의 일부가 근문교 근처에서 보여집니다.
하지만 이 정확한 설계로 다리를 건설하면 그것은 요절을 경험할 것입니다. 왜 이런 상황인지 짐작이 가십니까? 연결은 모든 구조 시스템에서 가장 약한 부분입니다. 강철 현수장책을 콘크리트 데크에 직접 연결하면, 콘크리트는 특성상 잘 부러짐으로 데크에 균열이 생깁니다. 이 문제를 어떻게 해결했는지 봅시다. 스트라우스 씨는 현수장치를 강철 구조물에 연결하기로 결정했습니다. 강철과 강철의 연결은 항상 견고합니다. 현수장치와 강철 구조물 사이의 연결부에 대한 자세한 내용은 여기에 나와 있습니다.
도로갑판은 이 구조물에 배치됩니다. 스트라우스 씨는 현재와 미래의 교통수요를 고려하여 도로의 폭을 27m로 유지했습니다. 이렇게 구조물을 조립하는 것은 현장의 안개가 끼고 바람이 많이 부는 상황이라 쉬운 일이 아니었습니다. 이 과정을 용이하게 하기 위해 근로자들은 트러스의 각 구성을 미리 조립하여 배를 통해 현장으로 가져왔습니다. 개별 부재의 조립은 대리를 사용하여 이루어졌으며, 연결부는 리벳을 통해 고정되었습니다.
노동자들의 안전을 보장하기 위해 다리 데크 아래에 그물을 설치했습니다. 교량 공사가 진행됨에 따라 그들은 현수 케이블을 사용하여 구조물을 메인 케이블과 동시에 연결했습니다. 또한 케이블에 대한 부하를 균등하게 유지하기 위해, 작업자는 이 시스템을 각 탑에 대해 두 방향으로 동시에 균등하게 조립해야 했습니다. 그래서 금색 대문에 다리를 놓았습니다. 250쌍의 수직 케이블이 사용되었고, 그것은 달이 데크 전체를 메인 케이블에 매달았습니다.
금문교는 현수교입니다. 매우 간편화된 현수교는 다음과 같은 방법으로 건설될 수 있습니다. 바다의 양끝에 두 개의 탑을 세우고, 탑 사이의 긴 케이블을 매달아 놓으세요. 이 케이블은 포물선으로 근사할 수 있습니다. 이제 기둥에 있는 콘크리트 도로 갑판을 부착해 보겠습니다. 이것은 분명히 도로 갑판 끝에 대한 지지를 제공합니다. 메인 케이블과 로드데크 사이의 현수 케이블을 연결하면 다리도 길이에 따라 지지되기 때문에, 앞에서 본 것처럼 로드데크가 고장 나지 않습니다. 이것은 현수교 뒤에 있는 기본 디자인입니다.
금은교에 대해 자세히 알아보기 전에 먼저 엔지니어들이 왜이 부지에 현수 설계를 선택했는지에 대해 알아보겠습니다. 골든게이트의 두 해안선 사이의 거리는 무려 2.7km입니다. 역의 기존의 현규를 건설해 보겠습니다. 도로가파는 다양한 교각으로 지탱되는 것을 볼 수 있습니다. 이 교과계 존재는 아랫배의 움직임을 차단합니다. 여러분이 상상할 수 있듯이, 300피트 깊이의 물속에 그것들을 건설하는 것은 엄청난 비용이 될 것입니다. 따라서 기둥 설계는 여기서 의미가 없습니다.
이제 아치형 다리를 생각해 보겠습니다. 이것은 분명히 베드를 위한 통로를 제공할 것입니다. 그러나 아치 모양을 유지하기 위해서는 다리가 극도로 높아야 합니다. 그러한 구조는 구축하기가 상당히 복잡할 것입니다. 그래서 조셉 스트라우스 씨가 현숙 디자인을 선택한 것입니다. 현수교는 우리가 논의한 모든 단점을 매우 효율적으로 극복할 수 있는 달입니다.
그럼 이제 현수교의 설계 세부사항을 알아보겠습니다. 이 디자인은 한 가지 눈에 띄는 문제가 있습니다. 이렇게 다리를 건설하면 탑들이 그림과 같이 안쪽으로 휘어지게 됩니다. 메인 케이블은 엄청난 인장 하중을 받고 있습니다. 이것은 탑에 힘을 가합니다. 이 힘을 해결하면, 탑의 안쪽으로 작용하는 불균형한 수평력이 있다는 것을 알 수 있는데, 이는 탑이 구부러지는 이유를 설명합니다. 이 문제에 대한 해결책을 찾을 수 있나요? 이 수평력을 무효화하기 위해서는 반대 방향으로 작용하는 동일한 힘이 필요합니다. 간단한 해결책은 메인 케이블을 연장하고 정착 장치를 통해 땅에 고정하는 것입니다.
하지만 우리는 간단한 아이디어로 이 다리를 건설하는데 필요한 재원을 최적화할 수 있습니다. 우리가 해야 할 일은 탑을 서로 더 가까이 옮기는 것입니다. 이제 지시되지 않는 달이데크의 길이가 줄어듭니다. 이 때문에 케이블의 장력이 줄어듭니다. 이렇게 하면 단면적이 더 적은 케이블로 이어집니다. 주요 케이블의 폭은 보통 사람의 키에 절반 이상입니다. 관광 명소로서 이 인상적인 메인 케이블의 일부가 근문교 근처에서 보여집니다.
하지만 이 정확한 설계로 다리를 건설하면 그것은 요절을 경험할 것입니다. 왜 이런 상황인지 짐작이 가십니까? 연결은 모든 구조 시스템에서 가장 약한 부분입니다. 강철 현수장책을 콘크리트 데크에 직접 연결하면, 콘크리트는 특성상 잘 부러짐으로 데크에 균열이 생깁니다. 이 문제를 어떻게 해결했는지 봅시다. 스트라우스 씨는 현수장치를 강철 구조물에 연결하기로 결정했습니다. 강철과 강철의 연결은 항상 견고합니다. 현수장치와 강철 구조물 사이의 연결부에 대한 자세한 내용은 여기에 나와 있습니다.
도로갑판은 이 구조물에 배치됩니다. 스트라우스 씨는 현재와 미래의 교통수요를 고려하여 도로의 폭을 27m로 유지했습니다. 이렇게 구조물을 조립하는 것은 현장의 안개가 끼고 바람이 많이 부는 상황이라 쉬운 일이 아니었습니다. 이 과정을 용이하게 하기 위해 근로자들은 트러스의 각 구성을 미리 조립하여 배를 통해 현장으로 가져왔습니다. 개별 부재의 조립은 대리를 사용하여 이루어졌으며, 연결부는 리벳을 통해 고정되었습니다.
노동자들의 안전을 보장하기 위해 다리 데크 아래에 그물을 설치했습니다. 교량 공사가 진행됨에 따라 그들은 현수 케이블을 사용하여 구조물을 메인 케이블과 동시에 연결했습니다. 또한 케이블에 대한 부하를 균등하게 유지하기 위해, 작업자는 이 시스템을 각 탑에 대해 두 방향으로 동시에 균등하게 조립해야 했습니다. 그래서 금색 대문에 다리를 놓았습니다. 250쌍의 수직 케이블이 사용되었고, 그것은 달이 데크 전체를 메인 케이블에 매달았습니다.
강철 구조물이 건설된 후에 근로자들은 그 다리를 특별한 국제 오렌지색으로 칠했습니다. 다음으로 이 견고한 구조물 위에 콘크리트 도로 공사에 대한 세부사항을 살펴보도록 하겠습니다. 일꾼들은 먼저 목조 거푸집을 깔았습니다. 그들은 철근을 부착하고 그 아래의 강철 부분에 용접한 다음, 나중에 바늘 진동기를 사용하여 콘크리트를 붓고 단단히 다졌습니다. 다리는 이제 완벽해 보입니다.
하지만 차량 이동을 지원할 준비가 되었습니까? 아직은 아니에요. 우리는 먼저 열팽창이라는 또 다른 주요 엔지니어링 과제를 해결해야 합니다. 콘크리트 및 관련 강철 구조물은 환경 온도 변화에 따라 팽창하거나 수축합니다. 만약 우리가 이 다리를 하나의 조각으로 만들었다면, 뜨겁고 화창한 날 동안 다리는 확장되어 도로뿐만 아니라 탑에도 엄청난 스트레스를 줄 것입니다. 결국 다리는 훼손되게 될 것입니다.
만약 여러분이 금문교를 방문한 적이 있다면, 여러분은 도로에서 특이한 연결 고리를 발견했을지도 모릅니다. 핑거 익스펜션 조인트라고 불리는 이 연결부는 열팽창 문제를 해결하기 위해 스트라우스 씨의 해결책이었습니다. 스트라우스 씨는 데크를 7개의 조각으로 나누었습니다. 이 다리에는 3개의 요람이 있습니다. 핑거 익스펜션 조인트는 갭 사이에 장착됩니다. 극심한 온도 상승 동안 도로 갑판의 길이가 증가하고, 이 조인트들은 거의 4피트만큼 움직입니다. 심각한 문제에 대한 정말 우아한 솔루션입니다.
하지만 여전히 해결해야 할 작은 문제가 있습니다. 강철의 열팽창은 콘크리트보다 약간 높습니다. 이러한 차동 팽창은 콘크리트와 철근의 혼합물로 구성된 콘크리트 데크의 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 길이가 작을 때 이러한 팽창 문제는 무시할 수 있습니다. 이것이 골든게이트가 50피트마다 작은 확장 조인트를 포함하는 이유입니다.
스트라우스 씨가 다룬 또 다른 훌륭한 디자인 과제는 탑의 높이였습니다. 더 나은 이해를 얻기 위해 실험을 해보겠습니다. 저는 두 개의 다리 디자인을 가지고 있습니다. 높은 탑 디자인, 움푹 패인 곳이 있습니다. 다음 것은 낮은 탑 디자인입니다. 분명히 적게 패입니다. 문제는 어떤 다리가 현수교의 종류에 더 큰 힘을 주는지입니다.
첫 번째 디자인을 도로 갑판을 사용해서 테스트해보죠. 너무 무거운 도로 갑판입니다. 도로 갑판을 부착하면, 이 디자인은 튼튼하게 서 있습니다. 이 디자인은 안전합니다. 이제 다음 디자인, 낮은 탑 디자인에도 같은 무게를 달아보겠습니다. 이 다리는 갑자기 무너져서 반응조차 할 수 없었어요. 그래서 간단히 말해서 우리는 실험적으로 높은 탑 디자인이 현수교의 종류에 가장 적합하다는 것을 증명했고, 이것이 더 강해요.
문제는 그 이유입니다. 이에 대한 답을 얻기 위해, 이 프로젝트 전체의 수석 엔지니어인 조셉 스트라우스 씨를 영상에 초대하겠습니다. 이 두 디자인의 주요 차이점은 케이블의 각도입니다. 두 가지 모두 운반해야 할 하중이 동일합니다. 케이블 장력의 수직 구성요소는 이 무게의 균형을 잡습니다. 낮은 탑의 디자인은 낮은 각도를 가지고 있기 때문에 무게의 균형을 맞추기 위해 케이블은 더 많은 장력을 유도해야 합니다. 이것이 실험 중에 낮은 탑이 실패하는 이유입니다. 높은 탑은 분명히 케이블의 장력을 줄일 것이지만, 그것을 건설하는 데 훨씬 더 많은 비용이 들 것입니다.
그것이 바로 스트라우스 씨가 이 두 시나리오 사이의 행복한 평균인 746피트의 최적의 타워 높이를 계산한 이유입니다. 이제 이 영상의 가장 흥미로운 부분으로 들어가 보겠습니다. 적대적인 환경에서 금문교를 건설하는 것입니다.
우선, 우리는 탑 건설부터 시작합니다. 남쪽 탑의 건설이 북쪽 탑보다 더 힘들다는 것을 알고 있었나요? 남쪽 탑 건설이 거친 태평양을 이겨내야 했기 때문입니다. 탑 기초는 단단한 지층이라고 불리는 강한 기반 위에 건설되어야 합니다. 남쪽의 경우 단단한 지층은 해저 50피트 아래에 있었고 바닥이 가파릅니다. 남쪽 탑에 RCC 기반을 구축하기 위해 깊이 연구해야 합니다.
그렇게 하기 위해 우선 전문 잠수부들이 물속에서 폭탄을 터뜨리기 위해 고용되었습니다. 잠수부들은 폭발의 잔해를 치우고 더 나은 표면을 만들었습니다. 이제 이 표면에 강철과 나무틀을 만들 차례입니다. 잠수부들은 분명히 여기서 놀라운 일을 해냈습니다.
하지만 차량 이동을 지원할 준비가 되었습니까? 아직은 아니에요. 우리는 먼저 열팽창이라는 또 다른 주요 엔지니어링 과제를 해결해야 합니다. 콘크리트 및 관련 강철 구조물은 환경 온도 변화에 따라 팽창하거나 수축합니다. 만약 우리가 이 다리를 하나의 조각으로 만들었다면, 뜨겁고 화창한 날 동안 다리는 확장되어 도로뿐만 아니라 탑에도 엄청난 스트레스를 줄 것입니다. 결국 다리는 훼손되게 될 것입니다.
만약 여러분이 금문교를 방문한 적이 있다면, 여러분은 도로에서 특이한 연결 고리를 발견했을지도 모릅니다. 핑거 익스펜션 조인트라고 불리는 이 연결부는 열팽창 문제를 해결하기 위해 스트라우스 씨의 해결책이었습니다. 스트라우스 씨는 데크를 7개의 조각으로 나누었습니다. 이 다리에는 3개의 요람이 있습니다. 핑거 익스펜션 조인트는 갭 사이에 장착됩니다. 극심한 온도 상승 동안 도로 갑판의 길이가 증가하고, 이 조인트들은 거의 4피트만큼 움직입니다. 심각한 문제에 대한 정말 우아한 솔루션입니다.
하지만 여전히 해결해야 할 작은 문제가 있습니다. 강철의 열팽창은 콘크리트보다 약간 높습니다. 이러한 차동 팽창은 콘크리트와 철근의 혼합물로 구성된 콘크리트 데크의 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 길이가 작을 때 이러한 팽창 문제는 무시할 수 있습니다. 이것이 골든게이트가 50피트마다 작은 확장 조인트를 포함하는 이유입니다.
스트라우스 씨가 다룬 또 다른 훌륭한 디자인 과제는 탑의 높이였습니다. 더 나은 이해를 얻기 위해 실험을 해보겠습니다. 저는 두 개의 다리 디자인을 가지고 있습니다. 높은 탑 디자인, 움푹 패인 곳이 있습니다. 다음 것은 낮은 탑 디자인입니다. 분명히 적게 패입니다. 문제는 어떤 다리가 현수교의 종류에 더 큰 힘을 주는지입니다.
첫 번째 디자인을 도로 갑판을 사용해서 테스트해보죠. 너무 무거운 도로 갑판입니다. 도로 갑판을 부착하면, 이 디자인은 튼튼하게 서 있습니다. 이 디자인은 안전합니다. 이제 다음 디자인, 낮은 탑 디자인에도 같은 무게를 달아보겠습니다. 이 다리는 갑자기 무너져서 반응조차 할 수 없었어요. 그래서 간단히 말해서 우리는 실험적으로 높은 탑 디자인이 현수교의 종류에 가장 적합하다는 것을 증명했고, 이것이 더 강해요.
문제는 그 이유입니다. 이에 대한 답을 얻기 위해, 이 프로젝트 전체의 수석 엔지니어인 조셉 스트라우스 씨를 영상에 초대하겠습니다. 이 두 디자인의 주요 차이점은 케이블의 각도입니다. 두 가지 모두 운반해야 할 하중이 동일합니다. 케이블 장력의 수직 구성요소는 이 무게의 균형을 잡습니다. 낮은 탑의 디자인은 낮은 각도를 가지고 있기 때문에 무게의 균형을 맞추기 위해 케이블은 더 많은 장력을 유도해야 합니다. 이것이 실험 중에 낮은 탑이 실패하는 이유입니다. 높은 탑은 분명히 케이블의 장력을 줄일 것이지만, 그것을 건설하는 데 훨씬 더 많은 비용이 들 것입니다.
그것이 바로 스트라우스 씨가 이 두 시나리오 사이의 행복한 평균인 746피트의 최적의 타워 높이를 계산한 이유입니다. 이제 이 영상의 가장 흥미로운 부분으로 들어가 보겠습니다. 적대적인 환경에서 금문교를 건설하는 것입니다.
우선, 우리는 탑 건설부터 시작합니다. 남쪽 탑의 건설이 북쪽 탑보다 더 힘들다는 것을 알고 있었나요? 남쪽 탑 건설이 거친 태평양을 이겨내야 했기 때문입니다. 탑 기초는 단단한 지층이라고 불리는 강한 기반 위에 건설되어야 합니다. 남쪽의 경우 단단한 지층은 해저 50피트 아래에 있었고 바닥이 가파릅니다. 남쪽 탑에 RCC 기반을 구축하기 위해 깊이 연구해야 합니다.
그렇게 하기 위해 우선 전문 잠수부들이 물속에서 폭탄을 터뜨리기 위해 고용되었습니다. 잠수부들은 폭발의 잔해를 치우고 더 나은 표면을 만들었습니다. 이제 이 표면에 강철과 나무틀을 만들 차례입니다. 잠수부들은 분명히 여기서 놀라운 일을 해냈습니다.