현수교

양손으로 무거운 가방을 들고 서 있을 때 팔이 팽팽해지는 느낌을 떠올려 보세요. 현수교는 다리 바닥의 무게를 아래에서 기둥으로 받치는 대신, 위에서 강철 밧줄로 잡아당겨 허공에 띄우는 방식이에요. 바다 한가운데에 기둥을 촘촘하게 세우지 않고도 수 킬로미터를 훌쩍 건널 수 있는 비결이에요.

다리 양쪽에는 하늘 높이 솟은 거대한 기둥인 주탑이 서 있어요. 이 주탑 꼭대기를 지나 양쪽 땅끝까지 길게 늘어뜨린 굵은 줄을 주케이블이라고 불러요. 그리고 주케이블에서 아래 방향으로 수많은 수직 줄을 내려서 사람들이 차를 타고 지나다니는 상판을 묶어두는 형태예요.

상판 위를 지나가는 자동차들의 무게는 먼저 수직 줄을 타고 위로 올라가요. 이 힘은 곡선 모양의 주케이블을 거쳐 주탑과 양 끝의 땅속 고정 장치로 분산돼요. 물건을 밑에서 직접 떠받치는 것보다 질긴 끈으로 공중에 매다는 힘을 이용하는 영리한 구조예요.

물체에 힘이 가해질 때 재료마다 잘 버티는 방식이 달라요. 쇠막대기는 위에서 누르는 힘에는 잘 버티지만 길어지면 휘어지기 쉬워요. 반대로 가느다란 철사는 누르면 찌그러지지만 양쪽에서 팽팽하게 당기는 힘에는 엄청난 무게도 거뜬히 버텨내요.

현수교는 이러한 재료의 물리적 특성을 극한까지 활용해요. 높은 주탑은 위에서 짓누르는 거대한 누르는 힘인 압축력을 도맡아 땅으로 전달해요. 반면에 길게 늘어진 주케이블과 수직 줄은 팽팽하게 늘어나려는 당기는 힘인 인장력만을 온몸으로 받아내요.

강철 케이블은 자기 무게에 비해 당기는 힘을 아주 잘 견뎌요. 덕분에 다리 중간에 무거운 교각을 여러 개 세우지 않아도 돼요. 스스로의 무게를 획기적으로 줄이면서도 엄청나게 먼 거리를 안전하게 연결할 수 있게 되는 것이에요.

케이블이 아무리 튼튼해도 양 끝에서 단단히 잡아주지 않으면 다리는 그대로 무너져 내려요. 그래서 다리 양 끝에는 수만 톤에 이르는 거대한 콘크리트 덩어리나 단단한 암반에 케이블을 고정하는 앵커리지가 있어요. 금문교의 앵커리지는 하나가 약 6만 톤이에요. 줄다리기를 할 때 뒤에서 온 힘을 다해 버티는 사람처럼, 케이블이 당기는 엄청난 장력을 콘크리트의 무게나 암반의 힘으로 붙잡아 두는 역할을 해요. 다만 케이블 끝을 땅 대신 상판 양 끝에 고정하는 자정식 현수교도 있어요.

길이가 길어질수록 현수교가 가장 조심해야 하는 적은 무거운 트럭이 아니라 바람이에요. 줄에 매달려 있는 유연한 구조이다 보니 바람이 불면 마치 깃발처럼 다리가 출렁거리며 흔들릴 수 있어요.

다리가 비틀리면 바람이 받는 힘이 달라지고, 그 힘이 다시 비틀림을 키우는 되먹임(플러터)이 생기면 다리가 통째로 뒤틀리며 무너질 수 있어요. 1940년 미국 타코마 해협 다리가 이렇게 무너졌어요. 그래서 현대의 현수교는 바람이 아래위로 부드럽게 빠져나가도록 비행기 날개 모양의 유선형 상판을 쓰거나, 바람이 빠져나가는 트러스 뼈대로 상판을 단단하게 만들어 흔들림을 막아요.