Các nhà khoa học Anh khám phá thiết kế mới cho các nhịp cầu dài hơn

Các nhà nghiên cứu đã hợp tác với Ian Firth về phương pháp mô hình hóa được sử dụng để xác định các dạng tối ưu cho các cây cầu có nhịp rất dài.

Các nhà nghiên cứu đã hợp tác với chuyên gia cầu người Anh Ian Firth của công ty tư vấn kỹ thuật COWI về phương pháp mô hình hóa được sử dụng để nhận dạng các dạng tối ưu đối với các cây cầu có nhịp rất dài.

Khi các nhịp cầu trở nên dài hơn, một tỷ lệ gia tăng của kết cấu là cần thiết để chịu trọng lượng riêng của cây cầu, thay vì lưu lượng xe cộ đi qua nó.

Một sự gia tăng tương đối nhỏ về chiều dài nhịp đòi hỏi phải sử dụng nhiều vật liệu hơn, làm cho cấu trúc cầu trở nên cồng kềnh hơn vì nó cần nhiều vật liệu hơn để nâng đỡ nó.

Vượt quá giới hạn đã đặt, cây cầu không thể chịu được trọng lượng của chính nó. Vì vậy, lựa chọn khả thi duy nhất để tăng nhịp là thay đổi thiết kế cầu, các nhà nghiên cứu lưu ý.

Giáo sư Matthew Gilbert của Đại học Sheffield cho biết: Cầu treo đã tồn tại hàng trăm năm và trong khi chúng ta có thể xây dựng các nhịp dài hơn thông qua các cải tiến gia tăng, chúng ta chưa bao giờ dừng lại để xem liệu đây có phải là hình dạng tốt nhất để sử dụng."

Kỹ thuật do nhóm phát minh sử dụng lý thuyết được phát triển bởi giáo sư Davies Gilbert, người đã sử dụng lý thuyết toán học vào đầu thế kỷ 19 để thuyết phục Thomas Telford rằng các dây cáp treo trong thiết kế ban đầu của ông cho cây cầu Menai Strait ở Bắc Wales đi theo một đường cong quá thấp.

Bằng cách đưa lý thuyết này vào mô hình tối ưu hóa toán học hiện đại, nhóm nghiên cứu đã xác định được thiết kế cầu với khối lượng vật liệu tối thiểu, có khả năng kéo dài nhịp đáng kể.

Thiết kế được tối ưu hóa về mặt toán học cho các nhịp cầu dài hơn có các phần tương tự như bánh xe đạp, với nhiều “nan hoa” thay vì một tháp đơn. Tuy nhiên, việc xây dựng theo thiết kế sẽ khó khăn với kích thước lớn.

Để giải quyết vấn đề, nhóm nghiên cứu đã thay thế các tòa tháp này bằng các tòa tháp chẻ đôi chỉ có hai hoặc ba nan hoa, vừa đảm bảo hầu hết lợi ích của các thiết kế lý tưởng vừa dễ dàng xây dựng hơn.

Trần Mạnh Khải
https://www.roadtraffic-technology.com