Tacoma Narrows Bridge Failure

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1 Tacoma Narrows Bridge Failure
Propulsor System Laboratory Department of Naval Architecture & Ocean Engineering Pusan National University Myoung Gil Kim

2 타코마 다리의 배경 미국 워싱턴 주 타코마 시에 현수교로 설계
당시 ‘골든 게이트 브릿지’, ‘조지 워싱턴 브릿지’ 뒤로 세계에서 세번째로 긴 다리 당시 최고의 교량 설계자인 레온 모이쉐프(Leon Moisseiff)에 의해 설계 1938년 착공, 1940년 7월 개통, 1940년 11월 7일 붕괴 인명피해 없이 사고 직전 일간지 편집자 레너드 코츠워스의 코카 스파나엘만 희생 붕괴 당시 진폭이 약 9m 데 사실 공진현상 때문이 아니라 공탄성적인 '플러터(Flutter) 현상' 때문에 붕괴되었습니다. 간단히 요약하자면 바람이 만들어낸 진동에너지가 타코마 다리가 흡수해서 점점 감소해야 하는데, 이 진동에너지가 사라지지 않고 계속 쌓이다 보니 결국 다리가 견딜 수 있는 에너지를 넘어섰기 때문에 다리가 붕괴된 것입니다. 이 때에는 토목분야에서 공기역학은 미지의 영역이었기 때문에 바람의 흐름은 전혀 고려 대상이 아니었습니다. 세탁기도 공진의 한 종류

3 타코마 다리의 배경 개통 후 출렁다리로 유명해져 각지에서 구경을 옴
한 지역은행은 다리에서 잘 보이는 곳에 ‘As safe as Tacoma Bridge’라는 광고를 설치 다른 주에서 출렁거리는 현수교 설계를 의뢰 (뉴욕시의 Bronx Whitestone Bridge) 워싱턴 주 정부는 다리가 안전하다고 판단하여 보험계약 해지 계획 타코마 다리의 인기 때문에 붕괴 후 워싱턴 주지사는 “똑같은 자리에 똑같은 공법으로 똑같은 다리를 놓겠다”고 하였으며, 이에 Von Karman은 “만약 그렇게 한다면 똑같은 자리에서 똑같은 방식으로 무너질 것”이라고 함 데 사실 공진현상 때문이 아니라 공탄성적인 '플러터(Flutter) 현상' 때문에 붕괴되었습니다. 간단히 요약하자면 바람이 만들어낸 진동에너지가 타코마 다리가 흡수해서 점점 감소해야 하는데, 이 진동에너지가 사라지지 않고 계속 쌓이다 보니 결국 다리가 견딜 수 있는 에너지를 넘어섰기 때문에 다리가 붕괴된 것입니다. 이 때에는 토목분야에서 공기역학은 미지의 영역이었기 때문에 바람의 흐름은 전혀 고려 대상이 아니었습니다. 세탁기도 공진의 한 종류

4 타코마 다리의 붕괴 원인 붕괴 원인의 잘못된 예 공진 현상 Karman vortex
데 사실 공진현상 때문이 아니라 공탄성적인 '플러터(Flutter) 현상' 때문에 붕괴되었습니다. 간단히 요약하자면 바람이 만들어낸 진동에너지가 타코마 다리가 흡수해서 점점 감소해야 하는데, 이 진동에너지가 사라지지 않고 계속 쌓이다 보니 결국 다리가 견딜 수 있는 에너지를 넘어섰기 때문에 다리가 붕괴된 것입니다. 이 때에는 토목분야에서 공기역학은 미지의 영역이었기 때문에 바람의 흐름은 전혀 고려 대상이 아니었습니다. 세탁기도 공진의 한 종류

5 타코마 다리의 붕괴 원인 공탄성적인 플러터(Aeroelastic flutter) 플러터란? 공탄성적 플러터 참고 자료
고속으로 비행하는 비행기의 날개가 공기 흐름에서 에너지를 받아 심한 진동을 일으키는 현상을 말하며 플러터가 발생하면 진동이 급속하게 퍼져 비행기가 공중분해 되기 때문에 플러터가 발생하지 않도록 비행기의 속도를 제한한다. 공탄성적 플러터 공기역학(Aerodynamic)+탄성(Elasticity) 으로 일반적인 공진과는 다르게 공기력에 의해 구조의 변형이 발생하고 그로 인해 다시 공기력이 바뀌어 연속적으로 구조에 영향을 미치는 현상 참고 자료

6 여담 레온 모이쉐프는 현수교의 다리를 얇고 가볍게 만들었지만 충분한 강도 및 바람을 견딜 수 있게 설계
레온 모이쉐프는 현수교의 다리를 얇고 가볍게 만들었지만 충분한 강도 및 바람을 견딜 수 있게 설계 허나 문제는 바람 자체가 아니라 바람이 만들어내는 진동 따라서 만약 다리가 기존 현수교처럼 무겁게 만들었다면 붕괴될 일은 없었음 다리 붕괴 후 모이쉐프는 건축업계에서 추방당해 여생을 가난하게 살다가 년 심장마비로 별세 그 후 타코마 다리는 1950년에 새로 개통되어 현재까지도 잘 남아있음

7 Thank you Myoung Gil Kim Propulsor System Laboratory
Department of Naval Architecture & Ocean Engineering Pusan National University Myoung Gil Kim