สะพานที่ทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างดินแดนที่แยกจากกัน สะท้อนให้เห็นถึงความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิศวกรรมมนุษย์ การพัฒนาเทคนิคการออกแบบสะพานและการก่อสร้างแสดงถึงการปฏิวัติทางเทคโนโลยี ด้วยการเกิดขึ้นของสะพานโครงแข็งซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญในประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมสะพานคอนกรีต นวัตกรรมด้านโครงสร้างนี้ไม่เพียงแต่เปลี่ยนรูปแบบสะพาน แต่ยังเพิ่มประสิทธิภาพและความคุ้มค่าอีกด้วย
นักประวัติศาสตร์สะพาน David Ploughden ยกย่องสะพานโครงแข็งว่าเป็นหนึ่งในความก้าวหน้าที่สำคัญของวิศวกรรมคอนกรีตเสริมเหล็กในศตวรรษที่ 20 ซึ่งเทียบได้กับเทคโนโลยีคอนกรีตอัดแรงในเวลาต่อมา รูปแบบสะพานนี้บุกเบิกโดย Emil H. Baumgart วิศวกรชาวเยอรมันและชาวบราซิล
ตามบันทึกของ Ploughden สะพานโครงแข็งแห่งแรกของอเมริกาคือ Swinburne Underpass ซึ่งออกแบบโดยวิศวกร Westchester County Arthur G. Hayden ในปี 1922-1923 สำหรับคณะกรรมาธิการ Bronx River Parkway โครงสร้างนี้กลายเป็นสะพานโครงแข็งช่วงสั้นแห่งแรกที่เฮย์เดนจะสร้างขึ้น
สะพานโครงแข็งต่างจากสะพานคอนกรีตเสริมเหล็กแบบดั้งเดิม โดยผสมผสานโครงสร้างส่วนบนและโครงสร้างพื้นฐานเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างที่ต่อเนื่องกัน ตามที่ระบุไว้ในบทบรรณาธิการบันทึกข่าววิศวกรรมปี 1926 การออกแบบของเฮย์เดนแสดงถึงโครงสร้างที่สมบูรณ์ "ตั้งแต่รากฐานจนถึงราวบันได"
คู่มือของสมาคมปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ในปี 1933 อธิบายว่าในโครงสร้างเฟรมแข็ง "ส่วนรองรับจะถูกแทนที่ด้วยคอนกรีตที่ขยายเป็นเสาหินตั้งแต่ตัวรองรับไปจนถึงดาดฟ้า เปลี่ยนโครงสร้างให้เป็นเฟรมที่มีมุมแข็ง" สมาคมตั้งข้อสังเกตว่าสะพานคอนกรีตต่อเนื่องโดยทั่วไปมักจะสร้างได้ง่ายกว่าและประหยัดกว่าการสร้างแบบอื่น
ข้อได้เปรียบหลักที่ระบุ ได้แก่ :
สมาคมฯ พบว่าสะพานโครงแข็งแบบแผ่นพื้นแข็งมีความคุ้มค่าในเชิงเศรษฐกิจสำหรับช่วงกว้างถึง 70 ฟุต ในขณะที่โครงสร้างดาดฟ้าแบบเป็นลอนได้รับการพิสูจน์แล้วว่าดีกว่าสำหรับช่วงที่ยาวกว่า ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2476 สะพานคอนกรีตโครงแข็งที่ยาวที่สุดในโลกคือสะพาน Herval ของบราซิล ซึ่งมีช่วงหลักยาว 224 ฟุต
ในช่วงทศวรรษที่ 1930 มีความก้าวหน้าที่สำคัญในการวิเคราะห์สะพานเฟรมแบบแข็งผ่านผลงานสำคัญ เช่น "Rigid Frame Bridges" ของ Arthur Hayden (1931) และ Hardy Cross และ "Continuous Frames of Reinforced Concrete" ของ Newlin Dolbear Morgan (1932) ข้อความเหล่านี้เน้นว่าการรองรับชิ้นส่วนในสะพานโครงแข็งให้ความต้านทานการโค้งงอ โดยทำงานร่วมกับโครงสร้างส่วนบนได้อย่างไร
วิกเตอร์ บราวน์ และคาร์ลตัน คอนเนอร์ตั้งข้อสังเกตไว้ในงาน "ถนนและสะพานราคาประหยัด" เมื่อปี พ.ศ. 2474 ว่าสะพานคอนกรีตที่มีโครงแข็งมี "ความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่งโดยธรรมชาติที่ดีเยี่ยมซึ่งรับประกันความปลอดภัย" โดยที่น้ำหนักเกินจะถูกกระจายผ่านโครงสร้างโดยอัตโนมัติจนกว่าจะถึงจุดสมดุล
ภายในปี 1939 ข้อความที่เชื่อถือได้ "สะพานคอนกรีตเสริมเหล็ก" โดย Taylor, Thompson และ Smulski ระบุว่าการออกแบบโครงแข็งเป็นหนึ่งในสี่ตัวเลือกหลักสำหรับสะพานคอนกรีตหลายช่วง ผู้เขียนแนะนำโครงแบบแข็งสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการการรองรับแนวดิ่งแบบยืดหยุ่น เช่น สะพาน โดยเน้นถึงข้อดีหลายประการ:
ผู้เขียนคนเดียวกันตั้งข้อสังเกตถึงข้อจำกัดหลายประการของสะพานแบบเฟรมแข็ง:
อย่างไรก็ตาม พวกเขายืนยันว่าวิศวกรที่มีความสามารถสามารถเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ได้
ในขณะที่การถือกำเนิดของเทคโนโลยีคอนกรีตอัดแรงได้ลดความแพร่หลายของสะพานโครงแข็ง แต่หลักการออกแบบยังคงมีความเกี่ยวข้องในวิศวกรรมสมัยใหม่ การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยและการวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์ช่วยให้สามารถประเมินการกระจายความเค้นและรูปแบบการเปลี่ยนรูปได้แม่นยำยิ่งขึ้น ช่วยให้ออกแบบโครงสร้างได้อย่างเหมาะสมที่สุด
ในการใช้งานเฉพาะที่ต้องการความสูงของดาดฟ้าขั้นต่ำหรือในกรณีที่สภาพฐานรากเอื้ออำนวย สะพานโครงแบบแข็งยังคงนำเสนอโซลูชั่นที่แข่งขันได้ มรดกของพวกเขายังคงเป็นบทสำคัญในวิวัฒนาการของวิศวกรรมสะพาน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงคุณค่าที่ยั่งยืนของการคิดเชิงโครงสร้างแบบบูรณาการ
สะพานที่ทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างดินแดนที่แยกจากกัน สะท้อนให้เห็นถึงความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิศวกรรมมนุษย์ การพัฒนาเทคนิคการออกแบบสะพานและการก่อสร้างแสดงถึงการปฏิวัติทางเทคโนโลยี ด้วยการเกิดขึ้นของสะพานโครงแข็งซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญในประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมสะพานคอนกรีต นวัตกรรมด้านโครงสร้างนี้ไม่เพียงแต่เปลี่ยนรูปแบบสะพาน แต่ยังเพิ่มประสิทธิภาพและความคุ้มค่าอีกด้วย
นักประวัติศาสตร์สะพาน David Ploughden ยกย่องสะพานโครงแข็งว่าเป็นหนึ่งในความก้าวหน้าที่สำคัญของวิศวกรรมคอนกรีตเสริมเหล็กในศตวรรษที่ 20 ซึ่งเทียบได้กับเทคโนโลยีคอนกรีตอัดแรงในเวลาต่อมา รูปแบบสะพานนี้บุกเบิกโดย Emil H. Baumgart วิศวกรชาวเยอรมันและชาวบราซิล
ตามบันทึกของ Ploughden สะพานโครงแข็งแห่งแรกของอเมริกาคือ Swinburne Underpass ซึ่งออกแบบโดยวิศวกร Westchester County Arthur G. Hayden ในปี 1922-1923 สำหรับคณะกรรมาธิการ Bronx River Parkway โครงสร้างนี้กลายเป็นสะพานโครงแข็งช่วงสั้นแห่งแรกที่เฮย์เดนจะสร้างขึ้น
สะพานโครงแข็งต่างจากสะพานคอนกรีตเสริมเหล็กแบบดั้งเดิม โดยผสมผสานโครงสร้างส่วนบนและโครงสร้างพื้นฐานเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างที่ต่อเนื่องกัน ตามที่ระบุไว้ในบทบรรณาธิการบันทึกข่าววิศวกรรมปี 1926 การออกแบบของเฮย์เดนแสดงถึงโครงสร้างที่สมบูรณ์ "ตั้งแต่รากฐานจนถึงราวบันได"
คู่มือของสมาคมปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ในปี 1933 อธิบายว่าในโครงสร้างเฟรมแข็ง "ส่วนรองรับจะถูกแทนที่ด้วยคอนกรีตที่ขยายเป็นเสาหินตั้งแต่ตัวรองรับไปจนถึงดาดฟ้า เปลี่ยนโครงสร้างให้เป็นเฟรมที่มีมุมแข็ง" สมาคมตั้งข้อสังเกตว่าสะพานคอนกรีตต่อเนื่องโดยทั่วไปมักจะสร้างได้ง่ายกว่าและประหยัดกว่าการสร้างแบบอื่น
ข้อได้เปรียบหลักที่ระบุ ได้แก่ :
สมาคมฯ พบว่าสะพานโครงแข็งแบบแผ่นพื้นแข็งมีความคุ้มค่าในเชิงเศรษฐกิจสำหรับช่วงกว้างถึง 70 ฟุต ในขณะที่โครงสร้างดาดฟ้าแบบเป็นลอนได้รับการพิสูจน์แล้วว่าดีกว่าสำหรับช่วงที่ยาวกว่า ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2476 สะพานคอนกรีตโครงแข็งที่ยาวที่สุดในโลกคือสะพาน Herval ของบราซิล ซึ่งมีช่วงหลักยาว 224 ฟุต
ในช่วงทศวรรษที่ 1930 มีความก้าวหน้าที่สำคัญในการวิเคราะห์สะพานเฟรมแบบแข็งผ่านผลงานสำคัญ เช่น "Rigid Frame Bridges" ของ Arthur Hayden (1931) และ Hardy Cross และ "Continuous Frames of Reinforced Concrete" ของ Newlin Dolbear Morgan (1932) ข้อความเหล่านี้เน้นว่าการรองรับชิ้นส่วนในสะพานโครงแข็งให้ความต้านทานการโค้งงอ โดยทำงานร่วมกับโครงสร้างส่วนบนได้อย่างไร
วิกเตอร์ บราวน์ และคาร์ลตัน คอนเนอร์ตั้งข้อสังเกตไว้ในงาน "ถนนและสะพานราคาประหยัด" เมื่อปี พ.ศ. 2474 ว่าสะพานคอนกรีตที่มีโครงแข็งมี "ความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่งโดยธรรมชาติที่ดีเยี่ยมซึ่งรับประกันความปลอดภัย" โดยที่น้ำหนักเกินจะถูกกระจายผ่านโครงสร้างโดยอัตโนมัติจนกว่าจะถึงจุดสมดุล
ภายในปี 1939 ข้อความที่เชื่อถือได้ "สะพานคอนกรีตเสริมเหล็ก" โดย Taylor, Thompson และ Smulski ระบุว่าการออกแบบโครงแข็งเป็นหนึ่งในสี่ตัวเลือกหลักสำหรับสะพานคอนกรีตหลายช่วง ผู้เขียนแนะนำโครงแบบแข็งสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการการรองรับแนวดิ่งแบบยืดหยุ่น เช่น สะพาน โดยเน้นถึงข้อดีหลายประการ:
ผู้เขียนคนเดียวกันตั้งข้อสังเกตถึงข้อจำกัดหลายประการของสะพานแบบเฟรมแข็ง:
อย่างไรก็ตาม พวกเขายืนยันว่าวิศวกรที่มีความสามารถสามารถเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ได้
ในขณะที่การถือกำเนิดของเทคโนโลยีคอนกรีตอัดแรงได้ลดความแพร่หลายของสะพานโครงแข็ง แต่หลักการออกแบบยังคงมีความเกี่ยวข้องในวิศวกรรมสมัยใหม่ การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยและการวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์ช่วยให้สามารถประเมินการกระจายความเค้นและรูปแบบการเปลี่ยนรูปได้แม่นยำยิ่งขึ้น ช่วยให้ออกแบบโครงสร้างได้อย่างเหมาะสมที่สุด
ในการใช้งานเฉพาะที่ต้องการความสูงของดาดฟ้าขั้นต่ำหรือในกรณีที่สภาพฐานรากเอื้ออำนวย สะพานโครงแบบแข็งยังคงนำเสนอโซลูชั่นที่แข่งขันได้ มรดกของพวกเขายังคงเป็นบทสำคัญในวิวัฒนาการของวิศวกรรมสะพาน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงคุณค่าที่ยั่งยืนของการคิดเชิงโครงสร้างแบบบูรณาการ
