Cầu thép Bailey là gì và nó đã phát triển như thế nào từ lịch sử đến các ứng dụng hiện đại?

Cầu Bailey thép là gì và nó hoạt động như thế nào

A cầu Bailey thép là một cấu trúc giàn mô-đun được làm từ các tấm đúc sẵn có thể hoán đổi cho nhau, có thể được bắt vít hoặc ghim lại với nhau tại chỗ mà không cần cần cẩu hạng nặng hoặc thiết bị hàn chuyên dụng. Ưu điểm cốt lõi của thiết kế này là nhịp chức năng có thể được lắp ráp từ các bộ phận thép tiêu chuẩn hóa chỉ trong vài giờ hoặc vài ngày thay vì hàng tuần như cầu cố định thông thường. , đó là lý do tại sao cấu trúc này vẫn được sử dụng để sửa chữa khẩn cấp, hậu cần quân sự và hỗ trợ xây dựng tạm thời kể từ khi nó được phát triển ban đầu. Mỗi tấm là một bộ giàn lưới nhẹ kết nối với các tấm liền kề thông qua các chốt đơn, cho phép kéo dài nhịp tổng thể chỉ bằng cách thêm nhiều phần từ đầu đến cuối hoặc xếp chồng chúng lên nhau để tăng khả năng chịu tải.

Nguyên tắc thiết kế kết cấu và lắp ráp

Các dầm chính của cầu Bailey bằng thép được xây dựng từ các tấm giàn có thể tháo rời được sắp xếp thành một lớp phẳng hoặc xếp chồng lên nhau thành cấu hình ba chiều tùy thuộc vào trọng lượng mà nhịp cần mang. Công nhân kết nối các tấm dọc theo dây cung trên và dưới bằng cách sử dụng chốt thép, cho phép giàn được lắp ráp dần dần bằng tay hoặc bằng thiết bị nâng nhẹ, sau đó phóng qua khe hở bằng cách sử dụng con lăn hoặc phần mũi tạm thời. Bởi vì mọi bảng điều khiển đều có chung điểm kết nối, nên các phần đã được sử dụng trong một dự án có thể được tháo rời và tái sử dụng cho dự án khác, đồng thời các bảng bị hỏng có thể được hoán đổi riêng lẻ thay vì yêu cầu phải xây dựng lại toàn bộ cấu trúc. Khả năng thay thế lẫn nhau này cũng có nghĩa là cùng một kho thành phần có thể được cấu hình lại thành các độ dài nhịp và xếp hạng tải khác nhau chỉ bằng cách điều chỉnh số lượng tấm được xếp chồng lên nhau theo chiều cao hoặc đặt cạnh nhau trên chiều rộng của boong.

Từ nguồn gốc thời chiến đến sản xuất tiêu chuẩn hóa

Hệ thống giàn ngày nay thường được gọi là cầu Bailey được thiết kế bởi kỹ sư người Anh Donald Bailey và được lực lượng Đồng minh áp dụng vào khoảng năm 1938, được sử dụng rộng rãi trên khắp châu Âu và Viễn Đông trong Thế chiến thứ hai trước khi được cải tiến thêm trong những thập kỷ sau đó. Các quốc gia khác đã phát triển các hệ thống song song trong cùng thời kỳ; Liên Xô cũ đã sản xuất một cây cầu giàn hình tam giác được hỗ trợ phía trên được gọi là PMM, trong khi Nhật Bản cung cấp một hệ thống giàn ba chiều tương tự được gọi là Loại 99, được sử dụng chủ yếu để sửa chữa cầu đường sắt và đôi khi vẫn được sử dụng làm thiết bị xây dựng ngày nay. Ở Trung Quốc, một phiên bản tiêu chuẩn hóa trong nước được đưa vào sản xuất trong những năm 1960 với tên gọi cầu thép đường cao tốc "321", được sản xuất tại ba nhà máy được chỉ định với tổng sản lượng hàng năm trong khoảng 1.500 đến 2.000 tấn , dự trữ tại các địa điểm trên khắp cả nước để triển khai nhanh chóng. Hệ thống "321" dựa trên số liệu có chung khái niệm giàn lưới tương tự với thiết kế Bailey theo đơn vị hệ Anh, mặc dù cả hai sử dụng các kích thước khác nhau và các thành phần của chúng không thể thay thế cho nhau, một sự khác biệt bị mờ nhạt trong thuật ngữ công trường hàng ngày nơi các công nhân thường gọi một trong hai hệ thống một cách không chính thức bằng cùng một tên.

Hiệu suất hiện trường trong quá trình triển khai khẩn cấp

Giá trị thực tế của phương pháp mô-đun này được thể hiện rõ ràng trong các nỗ lực ứng phó với thảm họa như khắc phục sau trận động đất Đường Sơn, trong đó việc thay thế cầu nhanh chóng là điều cần thiết để khôi phục khả năng tiếp cận giao thông. Một ví dụ khác đến từ năm 1992, khi lực lượng công binh triển khai các bộ phận cầu thép sản xuất trong nước dọc theo Quốc lộ 6 trong các hoạt động gìn giữ hòa bình ở Campuchia, hoàn thành việc sửa chữa với tốc độ khoảng một cây cầu mỗi hai ngày và hoàn thành sáu cây cầu vượt qua một đoạn đường dài 217 km trong vòng mười lăm ngày, một kết quả đã được các cơ quan phối hợp gìn giữ hòa bình vào thời điểm đó công nhận.

Thành phần vật liệu và quy trình chế tạo

Các tấm và phần cứng kết nối được sản xuất từ thép kết cấu cường độ cao, thường được hàn hoàn toàn tại các mối nối để duy trì khả năng truyền tải ổn định qua các dây giàn và các bộ phận chéo. Việc duy trì trọng lượng của từng tấm pin ở mức có thể quản lý được là một phần có chủ ý của thiết kế, vì nó cho phép các đội nhỏ vận chuyển và định vị các bộ phận bằng cách sử dụng lao động thủ công hoặc thiết bị nhẹ thay vì yêu cầu cần cẩu hạng nặng, điều này rất quan trọng ở những khu vực xa xôi hoặc bị ảnh hưởng bởi thiên tai, nơi máy móc lớn không thể tiếp cận địa điểm. Chốt, bu lông và tấm kết nối thường được gia công với dung sai gần để các tấm được sản xuất theo lô sản xuất khác nhau vẫn khớp với nhau một cách đáng tin cậy, một yêu cầu hỗ trợ tuổi thọ lâu dài và tái sử dụng nhiều lần cho các hệ thống này.

Loại HD200 và tiến tới các nhịp lớn hơn

Sự phát triển gần đây hơn của các thành phần kiểu Bailey đã tập trung vào việc tăng khả năng chống uốn và cắt để cùng một khái niệm mô-đun có thể hỗ trợ các nhịp dài hơn và tải nặng hơn so với các thế hệ trước. Loại HD200 phản ánh sự tiến triển này, mang lại hiệu suất kết cấu được cải thiện giúp mở rộng phạm vi ứng dụng thực tế ngoài các đường giao cắt khẩn cấp đơn giản. Ngoài kỹ thuật cầu, loại hệ thống giàn này còn được sử dụng trong xây dựng công trình, trong đó các tấm được kết hợp thành các bệ khung nâng cao hỗ trợ ván khuôn và hoạt động như sàn làm việc, được nâng lên dần dần thông qua cơ cấu kích thủy lực khi kết cấu nâng lên. Trong kết cấu đúc tại chỗ, các bộ phận tương tự có thể được cấu hình lại thành bố trí hỗ trợ ổ trục phía trên, kết hợp với dầm bổ sung và ổ đỡ ổ trục, để chịu tải cốp pha trong quá trình đổ bê tông.

Khung hỗ trợ ngang cho độ ổn định nhịp lớn

Khung hỗ trợ ngang được thiết kế để lắp đặt loại HD200 hoạt động bằng cách chuyển đổi tải trọng thẳng đứng từ cấu trúc thượng tầng thành lực cản ngang, sau đó được truyền vào các cột đỡ hoặc các phần tử móng. Điều này làm giảm sự dịch chuyển ngang và độ rung trong nhịp trong khi làm việc cùng với các thanh đỡ thẳng đứng và thanh căng chéo để tạo thành một hệ thống giàn ổn định với khả năng chống lật được cải thiện và độ cứng tổng thể cao hơn. Loại giằng ngang này trở nên đặc biệt phù hợp cho việc kiểm soát biến dạng trên các nhịp từ 9,14 đến 76,2 mét trong điều kiện tải nặng. Trong danh mục này, biến thể loại 730 phù hợp với cầu đường cao tốc nhịp rộng và cầu vượt cứu hộ khẩn cấp, trong khi biến thể loại 480 phục vụ cầu tạm thời nhịp thông thường, với cả hai cấu hình đều nhằm mục đích tăng cường độ ổn định ngang của các phần giàn mà chúng hỗ trợ.

Các ứng dụng phổ biến trên các loại dự án khác nhau

Cầu Bailey tiếp tục xuất hiện trên nhiều loại dự án có chung nhu cầu về tốc độ, khả năng thích ứng hoặc hỗ trợ kết cấu tạm thời. Mạng lưới đường nông thôn và miền núi thường dựa vào chúng để khôi phục khả năng tiếp cận của phương tiện sau khi lũ lụt hoặc lở đất làm hư hại các điểm giao cắt hiện có, trong khi các đơn vị quân sự và kỹ thuật dân dụng luôn dự trữ các bộ phận để sẵn sàng triển khai nhanh chóng trong quá trình ứng phó với thảm họa. Các công trường xây dựng cũng sử dụng các tấm giàn tương tự như sàn làm việc tạm thời, cầu tiếp cận cho thiết bị nặng hoặc giàn giáo trong quá trình lắp dựng các kết cấu cố định lớn hơn.

Những điểm cần cân nhắc khi lựa chọn các thành phần cầu

Việc chọn cấu hình thích hợp phụ thuộc rất nhiều vào loại bảng điều khiển, độ dài nhịp và khả năng hỗ trợ phù hợp với tải trọng lưu lượng dự kiến và điều kiện địa điểm. Các dự án liên quan đến khoảng trống rộng hoặc tải trọng xe nặng thường yêu cầu các biến thể gia cố như loại HD200 kết hợp với khung đỡ ngang, trong khi các lối qua đường tạm thời ngắn hơn với tải trọng nhẹ hơn thường có thể được xử lý bằng cấu hình bảng tiêu chuẩn và thanh giằng đơn giản hơn. Bởi vì các tiêu chuẩn về kích thước khác nhau giữa các hệ thống dựa trên hệ đo lường Anh và hệ thống dựa trên hệ mét, nên việc xác nhận tính tương thích giữa kho linh kiện hiện có và bất kỳ bảng điều khiển bổ sung nào có nguồn gốc vẫn là một bước quan trọng trước khi bắt đầu lắp ráp, vì các hệ thống không khớp không thể được kết hợp ngay cả khi chúng có thể trông giống nhau về mặt cấu trúc khi nhìn thoáng qua.