Cầu, đóng vai trò là những liên kết quan trọng giữa các vùng đất bị chia cắt, phản ánh sự tiến bộ không ngừng của kỹ thuật con người. Sự phát triển của thiết kế cầu và các kỹ thuật xây dựng đại diện cho một cuộc cách mạng công nghệ, với sự xuất hiện của cầu khung cứng đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lịch sử kỹ thuật cầu bê tông. Sự đổi mới về cấu trúc này không chỉ thay đổi hình thức cầu mà còn nâng cao hiệu suất và tính hiệu quả về chi phí của chúng.
Nhà sử học cầu David Plowden đã ca ngợi cầu khung cứng là một trong những tiến bộ quan trọng trong kỹ thuật bê tông cốt thép thế kỷ 20, có tầm quan trọng tương đương với công nghệ bê tông dự ứng lực sau này. Hình thức cầu này được tiên phong bởi kỹ sư người Đức và Brazil Emil H. Baumgart.
Theo hồ sơ của Plowden, cây cầu khung cứng đầu tiên của Mỹ là Cầu vượt Swinburne, được thiết kế bởi kỹ sư Arthur G. Hayden của Hạt Westchester vào năm 1922-1923 cho Ủy ban Công viên sông Bronx. Cấu trúc này đã trở thành cây cầu đầu tiên trong số nhiều cầu khung cứng nhịp ngắn mà Hayden sẽ tạo ra.
Không giống như các cầu bê tông cốt thép truyền thống, cầu khung cứng tích hợp phần trên và phần dưới của chúng thành một khối liên tục. Như đã lưu ý trong một bài xã luận năm 1926 của Engineering News-Record, các thiết kế của Hayden đại diện cho các cấu trúc hoàn chỉnh "từ móng đến lan can."
Hướng dẫn năm 1933 của Hiệp hội Xi măng Portland giải thích rằng trong các cấu trúc khung cứng, "các trụ đỡ được thay thế bằng bê tông kéo dài nguyên khối từ mố đến sàn, biến cấu trúc thành một khung có các góc cứng." Hiệp hội nhận thấy rằng các cầu bê tông liên tục thường đơn giản và tiết kiệm hơn để xây dựng so với các phương án thay thế.
Các ưu điểm chính được xác định bao gồm:
Hiệp hội nhận thấy các cầu khung cứng dạng tấm đặc là khả thi về mặt kinh tế đối với các nhịp lên đến 70 feet, trong khi các cấu trúc sàn có gân tỏ ra thích hợp hơn cho các nhịp dài hơn. Tính đến tháng 9 năm 1933, cầu bê tông khung cứng dài nhất thế giới là Cầu Herval của Brazil với nhịp chính dài 224 feet.
Những năm 1930 chứng kiến những tiến bộ đáng kể trong phân tích cầu khung cứng thông qua các tác phẩm quan trọng như "Cầu khung cứng" (1931) của Arthur Hayden và "Khung liên tục bằng bê tông cốt thép" (1932) của Hardy Cross và Newlin Dolbear Morgan. Các văn bản này nhấn mạnh cách các thành phần hỗ trợ trong cầu khung cứng cung cấp khả năng chống uốn, hoạt động đồng bộ với phần trên.
Victor Brown và Carlton Connor đã lưu ý trong tác phẩm năm 1931 của họ "Đường và cầu chi phí thấp" rằng cầu khung cứng bê tông có "độ bền và độ cứng vốn có tuyệt vời đảm bảo an toàn cho chúng", với bất kỳ tình trạng quá tải nào đều tự động được phân phối lại thông qua cấu trúc cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng.
Đến năm 1939, văn bản có thẩm quyền "Cầu bê tông cốt thép" của Taylor, Thompson và Smulski đã xác định thiết kế khung cứng là một trong bốn lựa chọn chính cho cầu bê tông nhiều nhịp. Các tác giả đã khuyến nghị khung cứng cho các tình huống yêu cầu các trụ đỡ thẳng đứng đàn hồi, chẳng hạn như cầu cạn, làm nổi bật một số ưu điểm:
Các tác giả tương tự đã lưu ý một số hạn chế của cầu khung cứng:
Tuy nhiên, họ khẳng định rằng những thách thức này có thể được khắc phục bởi các kỹ sư có năng lực.
Mặc dù sự ra đời của công nghệ bê tông dự ứng lực đã làm giảm sự phổ biến của cầu khung cứng, nhưng các nguyên tắc thiết kế của chúng vẫn còn phù hợp trong kỹ thuật hiện đại. Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính và phân tích phần tử hữu hạn đã cho phép đánh giá chính xác hơn về sự phân bố ứng suất và các dạng biến dạng, cho phép thiết kế kết cấu tối ưu.
Trong các ứng dụng cụ thể yêu cầu chiều cao sàn tối thiểu hoặc nơi các điều kiện nền móng cho phép, cầu khung cứng tiếp tục cung cấp một giải pháp cạnh tranh. Di sản của chúng vẫn tồn tại như một chương quan trọng trong sự phát triển của kỹ thuật cầu, thể hiện giá trị lâu dài của tư duy kết cấu tích hợp.
Cầu, đóng vai trò là những liên kết quan trọng giữa các vùng đất bị chia cắt, phản ánh sự tiến bộ không ngừng của kỹ thuật con người. Sự phát triển của thiết kế cầu và các kỹ thuật xây dựng đại diện cho một cuộc cách mạng công nghệ, với sự xuất hiện của cầu khung cứng đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lịch sử kỹ thuật cầu bê tông. Sự đổi mới về cấu trúc này không chỉ thay đổi hình thức cầu mà còn nâng cao hiệu suất và tính hiệu quả về chi phí của chúng.
Nhà sử học cầu David Plowden đã ca ngợi cầu khung cứng là một trong những tiến bộ quan trọng trong kỹ thuật bê tông cốt thép thế kỷ 20, có tầm quan trọng tương đương với công nghệ bê tông dự ứng lực sau này. Hình thức cầu này được tiên phong bởi kỹ sư người Đức và Brazil Emil H. Baumgart.
Theo hồ sơ của Plowden, cây cầu khung cứng đầu tiên của Mỹ là Cầu vượt Swinburne, được thiết kế bởi kỹ sư Arthur G. Hayden của Hạt Westchester vào năm 1922-1923 cho Ủy ban Công viên sông Bronx. Cấu trúc này đã trở thành cây cầu đầu tiên trong số nhiều cầu khung cứng nhịp ngắn mà Hayden sẽ tạo ra.
Không giống như các cầu bê tông cốt thép truyền thống, cầu khung cứng tích hợp phần trên và phần dưới của chúng thành một khối liên tục. Như đã lưu ý trong một bài xã luận năm 1926 của Engineering News-Record, các thiết kế của Hayden đại diện cho các cấu trúc hoàn chỉnh "từ móng đến lan can."
Hướng dẫn năm 1933 của Hiệp hội Xi măng Portland giải thích rằng trong các cấu trúc khung cứng, "các trụ đỡ được thay thế bằng bê tông kéo dài nguyên khối từ mố đến sàn, biến cấu trúc thành một khung có các góc cứng." Hiệp hội nhận thấy rằng các cầu bê tông liên tục thường đơn giản và tiết kiệm hơn để xây dựng so với các phương án thay thế.
Các ưu điểm chính được xác định bao gồm:
Hiệp hội nhận thấy các cầu khung cứng dạng tấm đặc là khả thi về mặt kinh tế đối với các nhịp lên đến 70 feet, trong khi các cấu trúc sàn có gân tỏ ra thích hợp hơn cho các nhịp dài hơn. Tính đến tháng 9 năm 1933, cầu bê tông khung cứng dài nhất thế giới là Cầu Herval của Brazil với nhịp chính dài 224 feet.
Những năm 1930 chứng kiến những tiến bộ đáng kể trong phân tích cầu khung cứng thông qua các tác phẩm quan trọng như "Cầu khung cứng" (1931) của Arthur Hayden và "Khung liên tục bằng bê tông cốt thép" (1932) của Hardy Cross và Newlin Dolbear Morgan. Các văn bản này nhấn mạnh cách các thành phần hỗ trợ trong cầu khung cứng cung cấp khả năng chống uốn, hoạt động đồng bộ với phần trên.
Victor Brown và Carlton Connor đã lưu ý trong tác phẩm năm 1931 của họ "Đường và cầu chi phí thấp" rằng cầu khung cứng bê tông có "độ bền và độ cứng vốn có tuyệt vời đảm bảo an toàn cho chúng", với bất kỳ tình trạng quá tải nào đều tự động được phân phối lại thông qua cấu trúc cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng.
Đến năm 1939, văn bản có thẩm quyền "Cầu bê tông cốt thép" của Taylor, Thompson và Smulski đã xác định thiết kế khung cứng là một trong bốn lựa chọn chính cho cầu bê tông nhiều nhịp. Các tác giả đã khuyến nghị khung cứng cho các tình huống yêu cầu các trụ đỡ thẳng đứng đàn hồi, chẳng hạn như cầu cạn, làm nổi bật một số ưu điểm:
Các tác giả tương tự đã lưu ý một số hạn chế của cầu khung cứng:
Tuy nhiên, họ khẳng định rằng những thách thức này có thể được khắc phục bởi các kỹ sư có năng lực.
Mặc dù sự ra đời của công nghệ bê tông dự ứng lực đã làm giảm sự phổ biến của cầu khung cứng, nhưng các nguyên tắc thiết kế của chúng vẫn còn phù hợp trong kỹ thuật hiện đại. Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính và phân tích phần tử hữu hạn đã cho phép đánh giá chính xác hơn về sự phân bố ứng suất và các dạng biến dạng, cho phép thiết kế kết cấu tối ưu.
Trong các ứng dụng cụ thể yêu cầu chiều cao sàn tối thiểu hoặc nơi các điều kiện nền móng cho phép, cầu khung cứng tiếp tục cung cấp một giải pháp cạnh tranh. Di sản của chúng vẫn tồn tại như một chương quan trọng trong sự phát triển của kỹ thuật cầu, thể hiện giá trị lâu dài của tư duy kết cấu tích hợp.
