(photo courtesy of budowle.pl)
올해로 25년을 맞은 Millennium bridge 보수가 입찰공시 되었는데, 보행자 안전을 위한 미끄럼방지 교면 재시공 등을 포함, 약 3.5mil파운드의 사업비가 책정되었다.
2000년 6월 밀레니엄을 기념하기 위해 개통된 교량은 예상치 못한 흔들림(lateral sway)때문에 안전성 확보를 위한 댐퍼설치 등의 보강을 거쳐 2002년 2월에 재개통되어 현재까지 공용되고 있다. 교량위에서의 시야(전망) 확보를 위해 케이블을 최대한 낮게 배치한 shallow (low profile) suspension교로 design측면에선 아직까지도 세계적으로 주목을 받고 있는 교량이다.
개통시 문제가 되었던 흔들림의 원인을 규명하고자 엔지니어 뿐 만 아니라 물리학자, 수학자들까지 그동안 많은 연구가 있었는데 그 과정을 살펴 보면,
- Marching on bridge : 교량위를 군인들이 발맞춰서 걷다가 교량이 붕괴된 예를 통해 상식적으로 가장 먼저 떠오르는 원인
- Arup 보고서 : 교량의 진동은 교량자체의 문제가 아님. 임계수의 보행자가 걷고 있는 상황에서 lateral frequency가 1.3Hz 이하인 교량들은 이런 문제들이 언제든지 발생할 수 있으며 이는 댐퍼로 통제 가능함. 밀레니엄 교량의 경우 임계수는 166명
- Kuramoto model에 근거한 과학자들 이론 (spontaneous emergence of synchronous behaviour from incoherent agents) : 교량위에 많은 사람들이 밀집된 상황에서 보행자들이 자발적/무의식적으로 발걸음을 조정하여 동기화되고 이것이 교량의 고유진동수와 일치할 때 진동 발생. 군인들이 보조를 맞춰 행진할 때만 진동이 발생하고, 조정되지 않은 보행자는(incoherent agents) 걱정할 일이 아니라고 믿었던 기존 생각을 반박함
- 최신 이론 : 넘어지지 않으려고 노력하는 보행자가 무작위로 걷는 동안 ‘negative damping(부감쇠)’을 제공하고, 이는 보행자의 흔들림에서 교량의 움직임으로 에너지가 전달되는 positive feedback 효과이며, 보행자 걸음의 동기화는 결과이지 원인이 아님. 즉, 보행자들이 각자의 리듬에 따라 걸을 때에도 진동이 발생하고, 이런 진동이 발생하면 보행자들은 넘어지지 않기 위해 각자의 걸음을 조정하게 되는데 이런 효과들이 진동을 유발
교량 엔지니어들한테는 중요한 연구 결과들일텐데 관련한 국내자료는 찾아 볼 수가 없고, 아직까지 이전 연구 결과를 근거로 기사나 youtube자료들이 제공되고 있다. 학회에서는 뭐든 간에 관련 연구 자료등을 참고하여 국내 보도교 설계시에 고려할 지침 등을 수립하는 것이 필요해 보인다.
ps) 미국 영화에서 교량이 붕괴되는 장면에는 뉴욕에 있는 교량들이 대표적으로 나오는데, 영국은?