Cầu là một phát minh quan trọng trong lịch sử loài người. Từ thời cổ đại, khi con người sử dụng cây bị đốn hạ và đá xếp chồng lên nhau để vượt qua đường thủy và khe núi, cho đến việc sử dụng cầu vòm và thậm chí cả cầu dây văng, sự phát triển đã rất đáng chú ý. Việc khánh thành cầu Hồng Kông-Chu Hải-Macao gần đây đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lịch sử của những cây cầu. Trong xây dựng cầu hiện đại, ngoài việc sử dụng kết cấu bê tông cốt thép, vật liệu kim loại, đặc biệt là hợp kim nhôm, đã trở thành sự lựa chọn chủ đạo do có nhiều ưu điểm.
Năm 1933, mặt cầu hợp kim nhôm đầu tiên trên thế giới được sử dụng trên cây cầu bắc qua sông ở Pittsburgh, Hoa Kỳ. Hơn mười năm sau, vào năm 1949, Canada đã hoàn thành cây cầu vòm hoàn toàn bằng nhôm bắc qua sông Saguenay ở Quebec, với một nhịp duy nhất dài tới 88,4 mét. Cây cầu này là cấu trúc hợp kim hoàn toàn bằng nhôm đầu tiên trên thế giới. Cây cầu có trụ cao khoảng 15 mét và hai làn đường cho xe cộ qua lại. Nó sử dụng hợp kim nhôm 2014-T6 và có tổng trọng lượng 163 tấn. So với cây cầu thép dự kiến ban đầu, nó đã giảm trọng lượng khoảng 56%.
Kể từ đó, xu hướng cầu kết cấu hợp kim nhôm không ngừng phát triển. Từ năm 1949 đến năm 1985, Vương quốc Anh đã xây dựng khoảng 35 cây cầu kết cấu hợp kim nhôm, trong khi Đức xây dựng khoảng 20 cây cầu như vậy từ năm 1950 đến năm 1970. Việc xây dựng nhiều cây cầu 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 nên nhẹ hơn rất nhiều, chỉ bằng 34% trọng lượng của thép cho cùng một thể tích. Tuy nhiên, chúng có đặc tính sức mạnh tương tự như thép. Ngoài ra, hợp kim nhôm có độ đàn hồi và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời đồng thời có chi phí bảo trì kết cấu thấp hơn. Kết quả là, họ đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi trong xây dựng cầu hiện đại.
Trung Quốc cũng đã có những bước tiến đáng kể trong việc xây dựng cầu. Cầu Triệu Châu có lịch sử hơn 1500 năm là một trong những thành tựu đỉnh cao của kỹ thuật cầu đường Trung Quốc cổ đại. Trong thời kỳ 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 kết cấu hợp kim nhôm đầu tiên ở Trung Quốc là cầu đi bộ trên đường Qingchun ở Hàng Châu, được xây dựng vào năm 2007. Cây cầu này do các kỹ sư cầu Đức thiết kế và lắp đặt, toàn bộ vật liệu đều được nhập khẩu từ Đức. Cùng năm đó, cây cầu 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 bản thân 15 tấn nhưng có thể chịu được tải trọng 50 tấn.
Trong tương lai, cầu hợp kim nhôm có triển vọng phát triển rộng lớn ở Trung Quốc vì một số lý do:
1 Việc xây dựng đường sắt cao tốc của Trung Quốc đang bùng nổ, đặc biệt là ở những vùng có địa hình phức tạp ở phía Tây với nhiều thung lũng và sông ngòi. Cầu hợp kim nhôm, do dễ vận chuyển và đặc tính nhẹ, dự kiến sẽ có một thị trường tiềm năng đáng kể.
2 Vật liệu thép dễ bị rỉ sét và hoạt động 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 gây nguy hiểm về an toàn. Ngược lại, vật liệu hợp kim nhôm có khả năng chống ăn mòn mạnh và hoạt động tốt ở nhiệt độ thấp nên 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 giảm chênh lệch chi phí theo thời gian.
3 Nghiên cứu về tấm cầu nhôm cả trong nước và quốc tế đều được phát triển tốt và những vật liệu này được sử dụng rộng rãi. Những tiến bộ trong nghiên cứu vật liệu mang lại sự đảm bảo về mặt kỹ thuật để phát triển các hợp kim mới đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất khác nhau. Các nhà sản xuất nhôm Trung Quốc, bao gồm cả những gã khổng lồ trong ngành như Liaoning Zhongwang, đã dần chuyển trọng tâm sang nhôm định hình công nghiệp, đặt nền móng cho việc xây dựng cầu hợp kim nhôm.
4 Việc xây dựng tàu điện ngầm đô thị nhanh ở 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 của chúng, có thể thấy trước rằng sẽ có nhiều cầu đường cao tốc và cầu đi bộ bằng hợp kim nhôm hơn được thiết kế và sử dụng trong tương lai.
Được chỉnh sửa bởi May Jiang từ MAT Aluminium
Thời gian đăng: 15-05-2024
