Cầu là một phát minh quan trọng trong lịch sử nhân loại. Từ thời xa xưa, khi con người sử dụng cây cối chặt hạ và đá xếp chồng lên nhau để băng qua các tuyến đường thủy và khe núi, cho đến việc sử dụng cầu vòm và thậm chí cả cầu dây văng, sự phát triển của cầu đã vô cùng đáng kinh ngạc. Việc khánh thành cầu Hồng Kông-Chu Hải-Macao gần đây đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lịch sử cầu. Trong xây dựng cầu hiện đại, bên cạnh việc sử dụng kết cấu bê tông cốt thép, vật liệu kim loại, đặc biệt là hợp kim nhôm, đã trở thành lựa chọn chủ đạo nhờ những ưu điểm đa dạng của chúng.
Năm 1933, mặt cầu hợp kim nhôm đầu tiên trên thế giới đã được sử dụng trên một cây cầu bắc qua sông ở Pittsburgh, Hoa Kỳ. Hơn mười năm sau, vào năm 1949, Canada đã hoàn thành một cây cầu vòm hoàn toàn bằng nhôm bắc qua sông Saguenay ở Quebec, với một nhịp cầu dài 88,4 mét. Đây là công trình hợp kim nhôm hoàn toàn đầu tiên trên thế giới. Cầu có trụ cầu cao khoảng 15 mét và hai làn xe lưu thông. Cầu sử dụng hợp kim nhôm 2014-T6 và có tổng trọng lượng 163 tấn. So với cây cầu thép ban đầu được thiết kế, trọng lượng của cầu đã giảm khoảng 56%.
Kể từ đó, xu hướng xây dựng cầu kết cấu hợp kim nhôm đã phát triển không ngừng. Từ năm 1949 đến năm 1985, Vương quốc Anh đã xây dựng khoảng 35 cầu kết cấu hợp kim nhôm, trong khi Đức xây dựng khoảng 20 cầu loại này từ năm 1950 đến năm 1970. Việc xây dựng nhiều cây cầu như vậy đã mang lại kinh nghiệm quý báu cho các nhà xây dựng cầu hợp kim nhôm trong tương lai.
So với thép, vật liệu hợp kim nhôm có mật độ thấp hơn, nhẹ hơn nhiều, chỉ bằng 34% trọng lượng thép cho cùng một thể tích. Tuy nhiên, chúng có đặc tính chịu lực tương tự thép. Hơn nữa, hợp kim nhôm thể hiện độ đàn hồi và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đồng thời có chi phí bảo trì kết cấu thấp hơn. Do đó, chúng được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng cầu hiện đại.
Trung Quốc cũng đã có những bước tiến đáng kể trong xây dựng cầu. Cầu Triệu Châu, tồn tại hơn 1500 năm, là một trong những thành tựu đỉnh cao của kỹ thuật cầu Trung Quốc cổ đại. Trong thời hiện đại, với sự hỗ trợ của Liên Xô cũ, Trung Quốc cũng đã xây dựng một số cây cầu thép, bao gồm cầu sông Dương Tử ở Nam Kinh và Vũ Hán, cũng như cầu sông Châu Giang ở Quảng Châu. Tuy nhiên, việc ứng dụng cầu hợp kim nhôm ở Trung Quốc dường như còn hạn chế. Cây cầu có kết cấu hợp kim nhôm đầu tiên ở Trung Quốc là cầu dành cho người đi bộ trên đường Thanh Xuân ở Hàng Châu, được xây dựng vào năm 2007. Cây cầu này được thiết kế và lắp đặt bởi các kỹ sư cầu đường người Đức, và tất cả các vật liệu đều được nhập khẩu từ Đức. Cùng năm đó, cầu dành cho người đi bộ ở Xujiahui, Thượng Hải, được phát triển và sản xuất hoàn toàn trong nước bằng kết cấu hợp kim nhôm. Nó chủ yếu sử dụng hợp kim nhôm 6061-T6 và mặc dù có trọng lượng riêng là 15 tấn, nhưng có thể chịu được tải trọng 50 tấn.
Trong tương lai, cầu hợp kim nhôm có triển vọng phát triển to lớn ở Trung Quốc vì một số lý do:
1 Việc xây dựng đường sắt cao tốc ở Trung Quốc đang bùng nổ, đặc biệt là ở những khu vực có địa hình phức tạp ở miền Tây với nhiều thung lũng và sông ngòi. Cầu hợp kim nhôm, nhờ tính dễ vận chuyển và trọng lượng nhẹ, được kỳ vọng sẽ có thị trường tiềm năng đáng kể.
2 Vật liệu thép dễ bị gỉ sét và hiệu suất kém ở nhiệt độ thấp. Ăn mòn thép ảnh hưởng đáng kể đến độ ổn định của cầu, dẫn đến chi phí bảo trì cao hơn và nguy cơ mất an toàn. Ngược lại, vật liệu hợp kim nhôm có khả năng chống ăn mòn mạnh và hiệu suất tốt ở nhiệt độ thấp, phù hợp với nhiều điều kiện khí hậu khác nhau và đảm bảo độ bền lâu dài. Mặc dù cầu hợp kim nhôm có thể có chi phí xây dựng ban đầu cao hơn, nhưng chi phí bảo trì thấp có thể giúp thu hẹp khoảng cách chi phí theo thời gian.
3 Nghiên cứu về tấm cầu nhôm, cả trong nước và quốc tế, đang được triển khai mạnh mẽ, và các vật liệu này được sử dụng rộng rãi. Những tiến bộ trong nghiên cứu vật liệu mang lại sự đảm bảo kỹ thuật cho việc phát triển các hợp kim mới đáp ứng các yêu cầu hiệu suất khác nhau. Các nhà sản xuất nhôm Trung Quốc, bao gồm cả những tập đoàn lớn trong ngành như Liaoning Zhongwang, đã dần chuyển hướng sang sản xuất thanh nhôm công nghiệp, đặt nền móng cho việc xây dựng cầu bằng hợp kim nhôm.
4 Việc xây dựng tàu điện ngầm đô thị nhanh chóng tại các thành phố lớn của Trung Quốc đặt ra những yêu cầu nghiêm ngặt đối với các công trình trên mặt đất. Do lợi thế đáng kể về trọng lượng, dự kiến sẽ có nhiều cầu dành cho người đi bộ và cầu đường bộ bằng hợp kim nhôm được thiết kế và sử dụng hơn trong tương lai.
Biên tập bởi May Jiang từ MAT Aluminum
Thời gian đăng: 15-05-2024
