런던 밀레니엄 브리지, 개통 이틀 만에 흔들림 때문에 폐쇄되다

템스강을 가로지르는 세련된 강철 현수 보행교인 런던 밀레니엄 풋브리지는 2000년 6월 10일 개통하여 런던 시티와 뱅크사이드, 세인트 폴 대성당을 연결했다. 개통 당일 수천 명이 건너자 다리가 좌우로 놀랄 만큼 흔들리기 시작했다. 런던 시민들은 곧바로 이 다리에 '흔들리는 다리(Wobbly Bridge)'라는 별명을 붙였다. 다리는 이틀 후 폐쇄되었고, 엔지니어들이 무엇이 잘못되었는지, 어떻게 멈출 수 있는지 알아내는 동안 거의 2년간 닫혀 있었다.

원인은 엔지니어들이 동기 측방 가진(synchronous lateral excitation)이라고 부르는 현상이었다. 다리가 아주 약간 옆으로 흔들리자, 그 위를 걷던 사람들은 본능적으로 균형을 잡기 위해 발을 조정했고, 그 과정에서 흔들림에 맞춰 발을 디뎠다. 동기화된 각 발걸음이 다리를 조금 더 밀어냈고, 이는 더 많은 사람을 동기화시켜 자기 강화적인 순환을 만들었다. 다리 위에 사람이 많을수록 효과는 더 강해졌다. 개통 당일에는 한 번에 최대 2,000명이 다리 위에 있었고, 흔들림은 약 70밀리미터에 달했다.

수직 진동 — 군인들이 다리 위에서 발걸음을 흐트러뜨리게 만드는 종류 — 은 잘 알려져 있었지만, 이처럼 가벼운 다리에 대한 측방의, 인파가 유발하는 버전은 제대로 예상되지 않았다. 엔지니어링 회사 아럽(Arup)과 함께 개발한 해결책은 측방 및 수직 에너지를 흡수하는 댐퍼를 설치하는 것이었다. 수백 명의 자원봉사자와 함께한 실물 규모 테스트 후, 다리는 2002년 2월 마침내 안정된 상태로 재개통되었다. 사건 전체 비용은 약 1,820만 파운드로, 예산을 약 220만 파운드 초과했다.

인파의 동기화된 발걸음이 흔들림을 증폭시키는 것을 막기 위해 측방 및 수직 에너지를 흡수하는 댐퍼를 추가했으며, 비용은 예산을 220만 파운드 초과했다.

다리의 측방(옆으로) 진동 모드는 가볍고 저주파수였으며, 이는 인파가 흔들림에 맞춰 발걸음을 고정시키는 정확한 조건이었다.

설계자들은 수직 진동을 이해하고 있었지만, 보행자들이 무의식적으로 측방 운동에 발걸음을 동기화한다는 점을 충분히 고려하지 않았다.

이러한 인파-구조물 피드백에 대한 설계 기준의 선례가 없었기 때문에 테스트되지 않았다.

문제는 설계 계산이 아니라 개통 당일 실제 인파 하중에서만 드러났다.

사람은 수동적인 하중이 아니다 — 그들은 반응한다. 약간의 흔들림이 인파를 그에 맞춰 움직이게 하여 운동을 증폭시킬 수 있다. 시스템을 고립된 상태로 테스트하지 말고, 시스템과 사용자 사이의 피드백을 테스트하라.

밀레니엄 브리지의 흔들림은 구조 공학과 인간 공학의 교과서적 사례가 되었고, 전 세계적으로 경량 보행교가 설계되고 테스트되는 방식을 바꾸었다 — 엔지니어들은 이제 일상적으로 동기 측방 가진을 점검하고 필요에 따라 댐퍼를 추가한다. 다리 자체는 한 번 수리된 후 지금까지 안정적이며 인기 있는 횡단로이다. '흔들리는 다리'라는 별명은 계속 남아, 시스템을 사용하는 사람들이 시스템의 일부이며 작은 흔들림을 큰 흔들림으로 바꿀 수 있다는 지속적인 상기로 남아 있다.