Lịch sử
Cầu đã ra đời cách ngày nay rất lâu. Thể thức ban đầu của những
cây cầu là tác phẩm của tự nhiên, là khúc cây đổ bắc ngang qua dòng nước. Thời
gian đầu, người ta thường làm cầu từ một tấm ván mỏng, từ những cây gỗ đơn,
tre, thậm chí là từ những tảng đá. Các cầu loại này thường không chịu được tải
trọng lớn và cường độ giao thông cao.
Những cây cầu vòm bằng đá và đường máng dẫn nước (aqueduct)
được xây dựng đầu tiên thời Đế chế La Mã, một số còn tồn tại đến ngày nay như cầu
Alcántara qua sông Tagus ở Tây Ban Nha. Tại nhiều vùng lãnh thổ khác cũng xây dựng
nhiều loại cầu bằng những vật liệu khác nhau như gỗ, đá (Trung Hoa), gạch xây vữa
(châu Âu), cầu treo đơn giản bằng dây thừng của thổ dân (Inca Nam Mĩ)...Cho đến
thế kỉ 19 khi xảy ra cách mạng công nghiệp, các cầu bằng sắt rèn, rồi tiến đến
bằng thép ra đời. Ngày nay, các loại cầu bằng bêtông trở nên phổ biến cùng với
cầu thép. Nhịp cầu ngày càng được kéo dài, từ vài trăm mét như loại cầu dầm, cầu
giàn bêtông ứng suất trước hoặc thép, và lên đến 2000 mét như cầu treo dây võng
Akashi-Kaikyo (Nhật Bản).
Cấu trúc, sự tiến triển và cách phân loại
Kết cấu cầu
Kết cấu cầu là một lĩnh vực thuộc kết cấu xây dựng. Độ khó
trong xây dựng cầu nằm tại kết cấu của nó, nên việc thiết kế cầu vẫn chủ yếu do
các kỹ sư xây dựng thực hiện mà ít có đóng góp của kiến trúc sư.
Mặt cắt ngang một kết
cấu nhịp
Sơ đồ cầu treo dây
võng
Mố cầu
Bộ phận ở hai đầu cầu và nối tiếp giữa cầu với đường gọi là
mố cầu. Mố cầu ở cuối cầu và tạo thành cấu trúc chuyển tiếp từ đường tới mặt cầu.
Nó tiếp nhận một phần tải trọng của kết cấu nhịp truyền xuống và chịu tác dụng
của đất đắp sau mố (đường tiếp nối vào cầu). Cấu trúc của mố cầu bằng bê tông cốt
thép và bao ngoài bằng đá hộc, đá tảng gắn kết bằng xi măng mác cao.
Mố của một cầu đường
sắt
Trụ cầu
Bộ phận giữa hai mố cầu để cho kết cấu nhịp tựa lên gọi là
trụ cầu. Do nhiều yêu cầu về kinh tế kĩ thuật chiều dài kết cấu nhịp không thể
quá dài. Để vượt được khoảng cách lớn yêu cầu phải có cọc chống đỡ trung gian
dó là trụ cầu. Trụ cầu truyền tải từ kết cấu nhịp xuống móng công trình. Đối với
loại cầu dây văng hoặc cầu treo thì trụ cầu thường được làm cao hẳn hơn bản mặt
cầu, để treo, neo dây cáp chịu lực, gọi là trụ tháp.
Mố trụ cầu rất quan trọng trong tổng thể của công trình cầu
vì vậy khi thiết kế mố trụ cần chú ý đến nhiều yếu tố không những phải chịu được
lực truyền từ kết cấu nhịp bên trên xuống mà còn các yếu tố khác tác dụng vào mố
trụ: đối với mố là lực đẩy ngang của đất, đối với trụ là sự va đập của các
phương tiện giao thông: tàu thuyền vào trụ cầu (cầu vượt sông), xẹ cộ (cầu cạn);
ngoài ra trụ cầu qua sông còn phải chịu các yếu tố thủy lực như lực đẩy nổi, lực
do dòng chảy tác động. Những yếu tố ăn mòn cũng tác động mạnh đến trụ cầu; như
han rỉ.
Móng cầu
Móng cầu là bộ phận bên dưới cùng của một cây cầu, làm bằng
bê tông cốt thép. Móng có tác dụng truyền và phân bố toàn bộ tải trọng xuống nền
đất sao cho toàn bộ kết cấu đứng vững trên đất mà không bị phá hoại do nền đất
bị vượt quá sức chịu tải...
Gối cầu
Gối cầu là bộ phận trung gian nằm giữa kết cấu nhịp và mố trụ
cầu. Gối cầu có tác dụng như tấm đệm chịu tải trọng và giảm lực cắt ngang của kết
cấu nhịp truyền xuống mố trụ. Đồng thời gối cầu giúp cho kết cấu làm việc theo
mô hình tính toán, giúp kết cấu nhịp dịch chuyển, co giãn ít mà bị cản trở. Các
loại gối cầu rất đa dạng nhưng chia ra hai loại chính là gối cố định và gối di
động, gối có thể cứng (thép, gối chậu) hoặc đàn hồi (gối cao su, cao su bản
thép).
Những cây cầu nổi tiếng
1.
Cầu Akashi-Kaikyo - Nhật Bản, cầu treo dây võng
với nhịp dài nhất thế giới là 1.991 km.
2.
Cầu Bắc Bàn Giang - Trung Quốc, với độ cao 564
m, là cầu dây văng cao nhất thế giới.
3.
Cầu Bosphorus - Thổ Nhĩ Kỳ, nối liền châu Âu và
châu Á.
4.
Cầu Liên bang - Canada, cây cầu dài nhất thế giới
bắc qua vùng băng tuyết.
5.
Cầu đường sắt Forth - Scotland.
6.
Cầu Cổng Vàng - Hoa Kỳ, một trong những cây cầu
đẹp nhất thế giới.
7.
Great Belt Fixed Link, Eastern Bridge - Đan Mạch,
cầu treo có nhịp lớn thứ 3 thế giới, 1.624 km.
8.
Cầu Sắt - Anh, cây cầu sắt đầu tiên trên thế giới.
9.
Cầu Jamuna - Bangladesh, cây cầu đường sắt dài
nhất châu Á, dài thứ 2 thế giới.
10.
Lake Pontchartrain Causeway - Hoa Kỳ, bắc qua hồ
Pontchartrain, nam Louisiana.
11.
Cầu Lupu - Trung Quốc, cầu một nhịp dài nhất.
12.
Cầu Mackinac - Hoa Kỳ, thông xe năm 1957, nối liền
2 bán đảo của bang Michigan; giữ vị trí là cầu treo có 2 cột trụ dài nhất thế
giới cho tới giữa thập niên 1990.
13.
Mahatma Gandhi Setu - Ấn Độ, cây cầu bắc qua
sông dài nhất
14.
cầu Menai Suspension - xứ Wales, cầu treo đường
bộ đầu tiên.
15.
Cầu cạn Millau - Pháp, cây cầu cao nhất thế giới,
cao hơn tháp Eiffel.
16.
Øresundbroen/Öresundsbron - nối liền Đan Mạch và
Thụy Điển
17.
Cầu Overtoun, - Scotland.
18.
Cầu Cung điện - Sankt-Peterburg, Nga, hình ảnh
biểu tượng của thành phố.
19.
Cầu Penang - Malaysia, cầu dài nhất Đông Nam Á
20.
Cầu Québec - Canada.
21.
Cầu vịnh San Francisco-Oakland - Hoa Kỳ.
22.
Cầu Sundial - Mỹ.
23.
Sunshine Skyway Bridge - Hoa Kỳ, cầu treo dài nhất.
24.
Cầu Sydney Harbour - Úc.
25.
Cầu Tacoma Narrows - Hoa Kỳ.
26.
Cầu Tatara - Nhật Bản, cầu treo rộng nhất.
27.
Cầu Tháp - London, Anh, một hình ảnh của thành
phố.
28.
Cầu Thanh Mã - Hồng Kông.
29.
Cầu Tyne - Anh.
30.
Cầu Trajan's - România, La mã cổ cầu qua sông
Danube.
31.
Cầu U Bein Bridge in Amarapura, dài 1.2 km cầu gỗ
dài nhất.
32.
Cầu Vasco da Gama - Bồ Đào Nha, cầu dài nhất
châu Âu 17.2 km.
33.
Cầu Victoria Falls - nối liền Zimbabwe và
Zambia, xây dựng năm 1905 là một phần của dự án đường sắt Cape-Cairo.
34.
Cầu Zakim Bunker Hill - Mỹ.
35.
Cầu Cảng Ngọc Trai, Mỹ.
36.
Cầu Sông Zohar - Israel, xây dựng năm 1997 gần
biển Chết là cây cầu thấp nhất thế giới.
37.
Cầu Cần Thơ - Việt Nam, cầu dây văng trên sông Hậu
nối liền Vĩnh Long với Cần Thơ là cầu dây văng có nhịp chính dài nhất Đông Nam
Á (550m).
38.
Cầu Trần Thị Lý trên sông Hàn (Đà Nẵng), Việt
Nam - là cầu dây văng ba mặt dây phẳng có gối trụ cầu lớn nhất thế giới.
39.
Cầu Phú Mỹ (TPHCM), nối Q.2 với Q.7 trên sông
Sài Gòn là cầu dây văng hiện đại nhất thế giới (hiện đại ở phần kỹ thuật dây
văng) và là cầu dây văng lớn nhất TP.HCM.
Chi đoàn cán bộ Khoa Xây dựng đại học Vinh