Lịch sử phát triển cầu bê tông cốt thép

Cầu bê tông cốt thép xuất hiện đầu tiên vào những năm 70 của thế kỷ XIX, sau khi xi măng được phát minh vào khoảng năm 1825, việc đặt thép vào bê tông xuất hiện lẻ tẻ vào những năm 1835-1850. Từ năm 1855 trở đi, bê tông cốt thép mới chính thức ra đời tại Pháp.
Năm 1875, Joseph Monier đã xây dựng cầu bê tông cốt thép đầu tiên dài 50ft (15,24m) rộng 13ft (3,96m). Kỹ sư người Pháp Francois Hennebique đã phát triển mặt cắt ngang dạng T, ông ta và những học trò của ông ta như kỹ sư người Thụy Sĩ Robert Maillart đã xây dựng một vài cầu vòm bê tông cốt thép nổi tiếng ở Châu Âu, những cầu bê tông cốt thép của Maillart được xem là biểu tượng về thẩm mỹ.

Hình 1.1. Joseph Monier, Francois Hennebique , Robert Maillart

Giai đoạn cuối thế kỷ XIX cầu bê tông cốt thép chủ yếu là cầu nhịp nhỏ – cầu bản, dầm vòm. Năm 1896 xây dựng cầu vòm nhịp 45m.
Giai đoạn đầu thế kỷ XX cầu bê tông cốt thép đã phát triển mạnh mẽ. Ngoài dạng đơn giản, người ta đã bắt đầu làm cầu liên tục, cầu khung, dầm công xon nhịp đến 30-40m. Trong giai đoạn này cầu thường dùng phương pháp đổ bê tông liền khối và là bê tông cốt thép thường nên nhịp nhỏ.
Thời kỳ đầu trong lịch sử của bê tông cốt thép, năm 1888 một người Mỹ tên là P. H Jackson ở San Francisco đã có ý tưởng kéo căng sợi thép trong bê tông, kết quả kết cấu sẽ khỏe hơn nhiều so với kiểu bê tông cốt thép. Những cuộc thí nghiệm của Jackson đã không bao giờ thành công vì do những sợi thép thời kỳ đó không đủ chịu kéo. Năm 1930 Eugène Freyssinet – người Pháp bắt đầu sử dụng sợi thép cường độ cao và đã mở ra một khái niệm mới khác trong ngành xây dựng – bê tông cốt thép ứng suất trước.
bê tông cốt thép ứng suất trước ra đời đầu tiên ở Pháp ngay từ những năm 30 của thế kỷ XX đến cuối những năm 1940 thì phát triển mạnh, từ những năm 50 xây dựng những cầu dầm giản đơn bê tông cốt thép ứng suất trước và từ những năm đầu của thập kỷ 60 họ đã sử dụng công nghệ hẫng. Năm 1964 đã xây dựng cầu Orleron dài 2832m gồm 46 nhịp (nhịp chính dài 79m) bằng phương pháp lắp hẫng, cầu Calix dài 1200m gồm 3 nhịp chính 113+156+113 ở hai bờ có cầu dẫn nhịp 70m.

Hình 1.2. Cầu Calix ở Pháp, bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp chính 156m

Song song với công nghệ lắp hẫng, ở Pháp cũng phát triển nhiều công trình đúc hẫng (thường dùng cho các nhịp 80-130m) ví dụ cầu dầm liên tục Gennevilles gồm phần cầu chính có 5 nhịp đối xứng, cầu treo dây văng Brontonne bắc qua sông Sein có nhịp chính dài 320m bê tông cốt thép ứng suất trước tiết diện hình hộp. Công nghệ này cũng được sử dụng ở nhiều nước ví dụ: Cầu Beldoif ở Đức có L=208m. Ở Nhật có cầu Hikoshima-Ohashi nhịp 236m, cầu Hamana nhịp 240m. Ở Mỹ có cầu Koror Babelthuap có nhịp giữa dài 240,7m; Tại Áo cầu Schottwien nhịp giữa dài 250m (77,75+162,5+250+142,25) xây dựng 1986-1989.

Hình 1.3. Cầu Koror Babelthuap ở Mỹ và cầu Schottwien ở Áo

Trong những năm 30-40 của thế kỷ XX cầu BTCT phát triển mạnh, xây dựng được những cầu lớn, áp dụng kết cấu lắp ghép, bán lắp ghép trong xây dựng cầu. Trong thời kỳ này ở Nga đã xây dựng những cầu vòm nhịp đến 116m, 120m. Cầu vòm qua kênh đào Mátxcơva nhịp 116m gồm 4 làn đường sắt. Cầu vòm ở Thụy Điển nhịp 181m, Tây Ban Nha nhịp 205m. Thời kỳ này ở Pháp, Đức người ta đã xây dựng cầu bằng BTCT ƯST.
Những năm 50 ở Liên Xô xây dựng cầu nhịp 40-70m. Năm 1952 xây dựng cầu vòm qua sông Dnhep nhịp tới 228m.
Năm 1961 cầu Ablozavodal có 3 nhịp (36,4+148+36,4)m là cầu khung dầm có khớp L=148m (là cầu khung có nhịp dài thứ 2 sau cầu Medway ở Anh nhịp 152m).
BTCT ƯST được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu ở Châu Âu trong nửa đầu thế kỷ 20, ở Mỹ bắt đầu chậm hơn. Cầu BTCT ƯST lớn đầu tiên được xây dựng ở Mỹ là cầu Walnut Lane ở Philadelphia, Pennsylvania được xây dựng vào năm 1956.
Ngoài các hệ dầm khung, vòm, các hệ liên hợp treo cũng được nghiên cứu áp dụng, chiếc cầu dây văng có dầm cứng bê tông cốt thép được xây dựng đầu tiên vào năm 1925 qua sông Tem-pun ở Tây Ban Nha theo sơ đồ (20,1+60,3+20,1)m. Sau đó vào khoảng những năm 60 của thế kỉ XX, do ảnh hưởng của các cầu dây văng dầm thép được xây dựng ở Đức, dầm cứng bê tông cốt thép đã được áp dụng để tham gia chịu nén. Cầu dây văng hầu như đã được thiết kế thay thế cho các cầu dàn thép trên đường ô tô. Hàng loạt cầu dây văng hiện đại dầm cứng BTCT đã được xây dựng. Năm 1962 xây dựng cầu Ma-ra-cai-bô ở Vênêzuêla có nhịp 235m. Năm 1971 xây dựng cầu qua sông Main ở Đức có nhịp chính dài 300m. Năm 1977 cầu Brontonne ở Pháp, nhịp 320m, một mặt phẳng dây. Năm 1991 cầu Honshu-Shikoku, ở Nhật Bản, nhịp chính 490m, dầm cứng bằng bê tông cốt thép tiết diện hộp.

Hình 1.4. Cầu Honshu-Shikoku Nhật Bản nhịp chính dài 490m

Ngoài cầu dây văng thuần túy các nhà thiết kế còn áp dụng dầm cứng vào cầu treo, cầu bê tông cốt thép dự ứng lực ngoài nâng cao trên tháp (Extradose).