원 타코마나로즈교는 워싱턴 주 본토와 올림픽 반도를 연결해주는 다리이며, 공학적인 면에서는 역사적인 실패작으로 기록되어 있다. 개통 4개월 만인 1940년 11월 7일 아침 시속 68㎞의 강풍이 불어 853m의 중심 경간이 흔들리면서 그 극심한 진동이 다리 전체로 공진현상에 의해 확대되어 여러 개의 강삭이 끊어졌고, 경간이 파괴되었다. 조사대는 다리 파손의 원인이 그물형 도리 받침대에 있는 것이 아니라, 도로 부분과 강화판 대들보가 돌풍으로 발생한 진동(플르터 현상))을 흡수하지 못한 데 있음을 밝혀냈다. 뿐만 아니라 좁은 2차선 도로가 경간을 더욱 약하게 했다는 것도 밝혀졌다. 그러한 여러 가지 복합적 요인 때문에 다리는 공기의 힘에 의해 쉽게 파손될 수 있는 구조를 갖고 있었는데, 설계 당시에는 이런 가능성들이 충분히 고려되지 못했던 것이다. 다행히 적절한 때 교통통제가 이루어졌기 때문에 인명피해는 없었다. 이 사고를 계기로 공기역학에 대한 연구가 활발하게 이루어지기 시작했고, 상당한 성과를 거두었다(풍동시험). 그후 현수교에 적합하지 않은 구조임이 밝혀진 판 대들보는 없어졌고, 그물형 도리 받침대를 강화한 새로운 경간이 건설되어 다리가 공기의 힘을 잘 견딜 수 있도록 했으며 이후 공기역학적으로 유리한 단면에 대한 깊은 연구가 지속되었으며 컴퓨터 유체역학 프로그램의 혁신적 개발로 CFD(COMPUTATION FLUID DYNAMICS)해석을 통하여 공기역학에 대한 보다 상세한 검토로 케이블교량을 설계할 수 있기에 이르렀으나 이로서도 해결하기 어려운 문제는 있기 마련인 듯 신축이음부의 차량 통과시 및 풍동에 의한 교량거동 흡수시 발생하게 되는 소음발생문제가 심각히 대두되어 이를 감소하기 위한 설계프로젝트가 연구과제로 선정되어 그 결과를 발간한 내용으로 국내교량에 벤치마킹 할수있는 정보와 지식을 습득할 수 있을 것으로 생각된다.

 

· 요약

 

워싱턴 주교통국(WSDOT) 타코마 내로우 교량사무국에 차량이 교량의 바닥판에 교량의 어프로치를 연결하는 신축이음 부분을 통과할 때 신 교량에서 나오는 짜증스러운 소음에 대한 불만의 소리가 접수되었다. 워싱턴 주에서 그 프로젝트에 이런 유형의 신축이음을 최초로 사용했고 WSDOT는 그 외 장소에 설치된 유사한 연결부에 대한 불만의 소리를 듣지 못했었다. 신축이음을 사용했던 교량의 주변 지역이 시공 전 분석에서 교통소음경감에 대한 자격을 얻지는 못했지만 WSDOT는 신축이음소음의 특이한 본질과 그것이 인근 주민의 곤혹스러움과 관련되어 있기 때문에 TNB의 소음을 감소시키기 위한 시도를 했다. 수많은 제약사항들이 신축이음소음을 경감시키는 이용할 수 있는 선택사항을 한정하게 했다.

. 구조적인 면 - 수직적 및 풍하중

. 안전성 면 - 내 충격성, 시각적 방해

. 미학적인 면 - 상징적 프로필 유지, 운전자와 일반 대중을 위한 경관

. 청각적인 면 - 특이한 신축이음소음의 감소

 

소음감소에 주안점을 둔 설계

프로젝트 제약사항을 해결하기 위해서, WSDOT 전문가와 민간산업 간의 협력과정이 그 문제에 대한 가능한 해결방안을 개발하기 위해 만들어져야 했다. 이러한 협력으로 연결부에서 도로의 양면에 거주하는 주민에게까지 범위를 확장하여 소음흡수재를 입힌 철근콘크리트 벽을 설계했다. 인접해 있는 충돌방지시설도 소음흡수재를 입혔다.

 

연구조사 설계

고속도로관련 소음은 계속해서 대중의 고통 근원지가 되고 있어서 그 교통소음을 감소시키기 위한 해결방안이 개발될 필요가 있게 되었다. 이러한 소음감소전략은 WSDOT의 비 도로 교통관련소음을 감소시키는 소음흡수재의 최초 사용과 WSDOT의 소음감소를 위한 최초의 교량 개선을 포함해서, 여러 면에서 중요하기 때문에 연구프로젝트로서 다루게 되었다. 교량신축이음소음의 감소를 위한 이러한 전략은 이전에 세계의 그 어느 곳에서도 사용된 적이 없었다. 사실, 전 세계적으로, 교량신축이음소음의 감소를 위한 어떤 최선의 사례도 현재는 없다.

 

평가방법론

그 프로젝트 전에, 소음흡수처리 없이 새로운 옹벽을 건설한 이후, 그리고 그 새로운 옹벽에 소음흡수처리를 부가한 이후, 소음수준과 주파수를 측정했었다. 측정은 이러한 주파가 가장 멀리 가기 때문에 저주파 소음 변화에 초점을 맞추었다. 저주파소음 또한 가장 많은 대중의 고통의 근원지라고들 생각했다. 일반적으로 교통소음이 프로젝트로 감소되리라고 기대하지는 않았다.

 

결과 및 결론

측정결과 새로운 옹벽의 부가로 저주파소음의 감소와 소음흡수처리가 부가된 이후 더 진전된 소음감소가 있었다는 것을 제시한다. 소음감소프로젝트가 완료된 이후 불만의 소리가 멈췄다. 그 프로젝트 인근에 살고 있는 거주민들과의 토론에서도 또한 신축이음의 소음이 그 소음감소프로젝트 전보다 고통이 덜 했다는 사실을 제시하고 있다. 소음감소프로젝트의 설계와 시공이 진행되는 동안 수많은 문제에 직면했었다. 제품 협력사의 스태프 변동으로 설계기간 동안 일부 오해를 초래했고 설치기간 동안에는 지속적인 몇 분간의 변화결과를 가져왔다. 새로운 충돌방지시설과 기존의 충돌방지시설에 소음흡수제품의 부착으로 또한 몇 가지 문제가 있었다. 이러한 문제들은 프로젝트 비용과 스케줄에 한정된 효과로 해결되었다. 측정결과 분석 후에, 향상된 측정방법이 미래의 교량소음감소프로젝트를 위해 개발되어야 할 것이라는 것이 추천사항이다. 이런 유형의 분석을 위한 수용된 최선의 사례가 없기 때문에, WSDOT는 교량신축이음소음감소 설계와 평가를 위한 최선의 사례를 개발하기 위해 미국 고속도로 관련시설물연구프로그램(NCHRP)에 연구제안서를 제출했다.

 

7. 결론

 

그 프로젝트는 성공적이었고 WSDOT에 미래의 소음 파일럿 연구의 설계와 평가에 대한 많은 교훈을 주었다. 그러면 데이터수집 및 다른 근원에서 소음방해를 가진 문제에도 불구하고, 분명히 전후 측정데이터는 이에 대해 결정적일 정도로 충분히 중요한가?

 

측정결과 그 프로젝트는 신축이음에서 저주파소음을 감소시켰다는 것을 제시

예상대로, 전후 소음감소프로젝트조건 사이에 전체적인 소음수준에서 거의 차이가 없다. 이것은 측정된 결과에 대한 비슷한 전체 값에 의해 증명되었다. 그러나 주파수에 따른 측정값의 비교 결과 그 프로젝트로 많은 위치에서 신축이음으로부터 저주파소음을 효과적으로 감소시켰다는 것을 제시한다. 또한, 그 저주파소음은 민원의 근원이었다. 그 측정된 결과는 또한 대중의 고통에 기여했었을 수도 있는 고주파의 감소를 보여준다. 거의 모든 측정된 위치에 대해서, 저 및 고주파측정소음은 이전 시공조건과 비교해서 그 프로젝트에 따라 시공된 이후 더 낮아졌다. 흡수처리가 추가되기 전, 새로운 옹벽하고 만 비교해서 추가된 흡수처리로 저 및 고주파소음에서 측정할 수 있을 만한 감소가 또한 있다.

 

대중 피드백은 그 프로젝트가 효과적이었다는 것을 제시

이 보고서에 포함된 결과에 대한 정량적인 묘사에 덧붙여, WSDOT의 스태프가 현장에 있으면서 거주민들로부터 긍정적인 코멘트를 들었다. Gig Harbor에서 SR 16의 남쪽, Quadrant #3를 제외한, 측정된 사분면의 각각을 적어도 한 명이 코멘트하고 있고, 대략 5명이 그 프로젝트에 대해서 긍정적으로 코멘트 했다. 새로운 옹벽이 건설된 이후 현장에서 어떤 부정적인 코멘트도 없었다. 몇 가지 경우에, 시공이전단계에서의 측정기간 동안 그 이음소음에 대해 불평했던 사람들과 같은 사람에게서 긍정적인 코멘트가 있었다. 공식적인 대중의 불평의 소리 또한 그 프로젝트가 완료된 이후 없어졌다.

 

WSDOT는 미래의 소음 파일럿 연구에 적용할 많은 교훈을 얻음

이 프로젝트에 대한 측정과 시공기간 동안 직면했던 난제는 미래 프로젝트에서 해결되어야만 한다.

. 미래 연구에서는 결과에 대한 질적 수준을 향상시키는 이런 유형의 평가에 대한 측정방식을 개선할 필요가 있다. 이 효과에 대한 연구가 NCHRP에 제안되었고 WSDOT는 이것과 그 외 관련 노력 지원을 제공했다.

. 이 프로젝트의 시공기간 동안 직면한 난제는 또한 추가적인 연구와 흡수재로의 경험을 통해서 해결될 수 도 있다. WSDOT의 미래프로젝트에 그들의 사용을 고려하기 전에 흡수재에 대한 시방서(시공 및 심미적인 면의)를 명확히 하는데 이점이 있을 수 있다.

 

 

 

8. 습득하게 된 잠재적 교훈 - 대응방안

제안된 소음감소방안이 이 프로젝트에만 특정적인 많은 특징들이 있다 해도, 이 프로젝트에서 배울 수 있고 다른 WSDOT 프로그램에 전환될 수 있는 많은 더 교훈적인 것들이 있다. 예를 들면:

1) 일반적으로 소음흡수재가 교통소음을, 특히 TNB 신축이음소음을 어떻게 효과 적으로 감소시키는가?

이 연구의 결과는 반사적인 소음을 감소시키는데 효과적일 수 있는 흡수재를 목표한 곳에 사용하는 것은 몇몇 상황, 특히 교량신축이음 이라는 것을 보여 주고 있다.

2) 교통량이 많은 고속도로에 흡수재 처리를 하는데 소비되는 비용은 얼마이며 최선의 사례는 무엇인가?

제조 대표업자는 시멘트 기반 부착을 명확히 했지만 건설업자는 두 파트의 에폭시를 사용해서 더 나은 성공을 거두었다.

이 소음흡수벽체프로젝트를 위한 총비용은 $878,302.22이었으며, 흡음™음향 처리 입찰금액은 평방피트 당 $60.00이나 $192,678.00이었다. 흡수재의 양이 적으면 단가가 더 높았다.

 

3) 설치사례는 제품의 최종적인 설치외형에 영향을 주는가?/줄 수 있는가?

흡음™ 판넬은 높은 공극구조가 있는 경량 콘크리트재로 만들어졌다. 그 판 넬은 구조적 강도가 없이 제공해서 구조벽체에 부착되어야만 한다. 최종

제품외형에 미치는 설치사례의 영향에 대한 어떤 추가적인 통찰력도 얻지 못 했다.

 

4) 이 설계에서 설명된 교량 및 교량 어프로치에서 일어나는 소음감소와 관련된 많은 구조적 및 안전문제들이 있다. 타코마 내로우 교량의 소음감소를 위해 제안된 비교적 적은 양의 지역이 I-5 Ship Canal 교량, SR 520 부교, SR 99 Alaskan Way Viaduct에 대한 미래의 소음감소 정보를 얻는데 도움을 주는 가 치 있는 정보를 제공할 수 있을 것이다.

그 프로젝트 설계에서는 어떤 새로운 안전성 문제도 소개하지 않았다. 교량 어프로치 위의 높이 10피트 이하에서 새로운 벽체의 위치는 사하중이나 풍하 중에 대해 문제가 없었다. 소음감소 특징이 있는 개선된 교량들은 이 프로젝 트에서 직면하지 않았던 새로운 난제를 만들 수 있을 것이다.

 

5) 공공-민간 협력사들이 특이하고 복잡한 문제에 대한 창조적인 해결방안을 육 성하는데 어떻게 창의적일 수 있는가? WSDOT와 콘크리트 시스템 Northwest 사이의 관계와 같은 재정적 보장 없는 비공식적인 파트너관계가 다른 적용에 실질적일 수 있는가?

협력업자는 최종 프로젝트설계를 지원했던 스케치 그림을 포함하는 설계지원 을 했다. 그 설계지원과 비공식적인 공공-민간 관계를 초래하는 관련 협력이 유리했다. 불행히도, 협력업자와 그 프로젝트에 보통의 지연의 원인이 되는 재료특허소유자 간의 몇몇 내부적인 문제가 있다. 피했어야만 했었던 이러한 유형의 갈등은 WSDOT와 협력업자 사이에 존재했던 더 많은 공식적인 파트너 간의 동의가 있었다는 것을 나타내는 것이 없다.

 

6) TNB에 대한 제안된 모니터링 계획이 적합한가? 만약 그렇지 않다면, 가장 정확 하고 정보를 주는 통계가 수집된다는 것을 보장하기 위해 어떤 개선방안이 만들 어 질 수 있는가?

이 프로젝트를 위한 모니터링 계획이 다음과 같은 방법으로 개설될 수 있었을 것이다.

. 교통량 관측과 차량 믹스 정보가 측정의 비교 정보를 더 많이 제공했었을 것 이다.

. 지역사회의 측정이 거주민이 경험했던 상황을 설명하는데 유용했다. 그러나 프로젝트에 바로 가까운 인접현장의 측정은 제품의 성능에 대한 추가적인 정 보와 미래 프로젝트를 위한 흡수처리의 적용에 대한 통찰력을 제공했었을 것 이다.

. 여러 차원의 설계의 성능효과를 평가하기 위한 설계 모델링. 예를 들면, 여러 가지 벽체높이와 길이가 설계에서 잠재적인 소음감소를 최적화하는 TNB 프로 젝트에 대해 비교되었을 수 있었을 것이다.

 

 

 

▣ 원문제목 : Expansion Joint Noise Reduction Project on the New Tacoma Narrows Bridge

 

▣ 원문의 주요목차*******************************************************************

 

● 요약

1. 배경

2. 연구지명 및 생산 선정

3. 소음감소 프로젝트 설계

4. 측정 방법론

5. 측정과 건설 시도

6. 측정결과

7. 결론

8. 습득하게된 잠재적 교훈-응답