Khoa học công trình – 10 vạn câu hỏi vì sao
Các cầu bắc qua sông được chống đỡ bằng trụ cầu, chiều dài của gầm cầu giữa các trụ cầu gọi là “khẩu độ” của cầu. Rõ ràng là, khẩu độ càng lớn, thì mặt cầu chịu tải càng nhiều, “cường độ” cần thiết cho cầu cũng càng cao.
Cường độ của cầu phụ thuộc vào vật liệu làm cầu và kiểu dáng cấu thành vật liệu, tuy nhiên dù là vật liệu gì hoặc kiểu dáng nào, thì cường độ của cầu đều có một giới hạn nhất định, điều đó quyết định khẩu độ lớn nhất của cầu.
Nếu chiều rộng của dòng sông ở dưới cầu vượt quá khẩu độ lớn nhất đó, cũng có nghĩa là vượt quá chiều dài lớn nhất của một gầm cầu, thì cây cầu đó phải có mấy gầm cầu.
Đồng thời, cường độ của trụ cầu cũng là một nhân tố quyết định khẩu độ lớn nhất của cầu, vì phụ tải ở trên cầu tăng lên đi đôi với sự tăng lên của khẩu độ, mà phụ tải tăng lên đó lại do trụ cầu gánh chịu, điều đó đòi hỏi cường độ của trụ cầu cũng phụ thuộc vào vật liệu và kiểu dáng của nó, nhưng nó không có giới hạn độ bền như cầu, vì trụ cầu xây trên nền đất đá, cường độ của nó có thể tăng lên bằng cách tăng chiều rộng (như trụ hình chữ nhật chẳng hạn).
Rõ ràng là những cây cầu bắc qua cùng một dòng sông như nhau, nếu gầm cầu ít, thì khẩu độ của cầu lớn, số trụ cầu sẽ ít, nếu gầm cầu nhiều, thì khẩu độ của cầu sẽ nhỏ và số trụ cầu sẽ nhiều.
Nói chung, giá thành của cầu tăng lên theo tỷ lệ bình phương của khẩu độ, còn giá thành của trụ cầu lại tăng lên theo số lượng trụ cầu và thể tích của mỗi trụ cầu.
Do đó, số lượng gầm cầu hợp lý nhất của một cây cầu, là làm sao cho giá thành của cả cây cầu bằng giá thành của toàn bộ các trụ cầu.
Còn có một vấn đề đặc biệt nữa, nó là mấu chốt để quyết định có bao nhiêu gầm cầu, đó là trên những dòng sông nước chảy xiết, số lượng trụ cầu càng ít càng tốt.
Ngoài ra, số lượng gầm cầu nhiều hay ít cũng liên quan đến vẻ đẹp của cây cầu. Bởi vì số gầm cầu nhiều hay ít phụ thuộc vào kiểu dáng của cả cây cầu, mà kiểu dáng cây cầu lại phải phối hợp với môi trường chung quanh cầu.