Gần tám thập kỷ sau khi được phát minh, cầu Bailey vẫn là một hiện diện phổ biến trong cơ sở hạ tầng toàn cầu, được đánh giá cao vì sự kết hợp độc đáo giữa tính di động, độ bền và khả năng thích ứng. Đồng thời, Tiêu chuẩn Anh BS5400, từng là nền tảng của thiết kế cầu ở Vương quốc Anh và hơn thế nữa, đã trải qua những thay đổi trong ứng dụng chính thức nhưng vẫn giữ được sự liên quan lâu dài. Hãy cùng khám phá di sản lâu đời của cầu Bailey được thiết kế theo BS5400, bắt đầu bằng việc xem xét nguồn gốc và thiết kế của cầu, tiến tới phân tích các đặc điểm và sự phát triển của tiêu chuẩn BS5400, và kết luận bằng việc đánh giá nơi và lý do tại sao những cây cầu này tiếp tục được sử dụng trên toàn thế giới. Không phải là di tích của một kỷ nguyên đã qua, cầu Bailey tuân theo BS5400 vẫn là tài sản quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, thu hẹp khoảng cách cả về nghĩa đen và nghĩa bóng trong môi trường đầy thách thức.
Cầu Bailey xuất hiện từ những yêu cầu cấp bách của Thế chiến II, khi việc di chuyển nhanh chóng quân đội và vật tư trên các vùng đất bị chiến tranh tàn phá đòi hỏi một hệ thống cầu có thể được triển khai mà không cần thiết bị hạng nặng hoặc kỹ năng chuyên môn. Được phát triển từ năm 1940 đến năm 1941 bởi kỹ sư người Anh Donald Coleman Bailey, thiết kế này là một sự khác biệt mang tính cách mạng so với các cây cầu quân sự trước chiến tranh, vốn dựa vào cần cẩu và các bộ phận tùy chỉnh gây cản trở tính cơ động. Đến năm 1942, những cây cầu Bailey đầu tiên đã được triển khai ở Bắc Phi, nơi khả năng vượt qua các khoảng trống một cách nhanh chóng trong khi hỗ trợ giao thông xe tăng đã chứng minh tính đột phá. Đến cuối chiến tranh, quân Đồng minh đã dựng hơn 4.500 cầu Bailey trên khắp mọi mặt trận lớn, từ dãy Alps của Ý đến các bãi biển Normandy.
Sau chiến tranh, tiềm năng dân sự của cây cầu đã trở nên rõ ràng. Vào những năm 1960, các quốc gia trên toàn thế giới bắt đầu điều chỉnh các bộ phận Bailey dư thừa của quân đội cho các dự án cơ sở hạ tầng, nhận ra giá trị của chúng ở những khu vực xa xôi và trong các tình huống khẩn cấp. Ngày nay, các nhà sản xuất hiện đại như Evercross và AGICO sản xuất cầu Bailey bằng cách sử dụng các vật liệu được cập nhật trong khi vẫn giữ nguyên triết lý mô-đun ban đầu, đảm bảo sự phù hợp của thiết kế trong thế kỷ 21.
Về cốt lõi, cầu Bailey là một cây cầu giàn lắp sẵn được xây dựng xung quanh các bộ phận thép có thể thay thế cho nhau, mỗi bộ phận được thiết kế để có tính di động và khả năng tương thích. Khối xây dựng cơ bản là tấm Bailey—một giàn hình chữ nhật dài 3,0 mét, cao 1,5 mét, nặng 260 kg, được thiết kế để bốn người có thể nâng lên. Các tấm này có các mấu lồi và lõm lồng vào nhau dọc theo các dây cung trên và dưới của chúng, cho phép kết nối nhanh chóng bằng chốt thép mà không cần dụng cụ chuyên dụng.
Cấu trúc chịu lực của cầu được hình thành bằng cách lắp ráp các tấm thành các giàn song song (được gọi là dầm Bailey), được ổn định bằng cách giằng chéo để chống lại các lực ngang. Xà ngang—dầm thép rộng 5,8 mét—trải dài theo chiều ngang giữa các dây cung dưới của giàn, trong khi xà gồ nối các xà ngang để tạo thành một khung cứng. Theo truyền thống, ván gỗ tạo thành mặt cầu, nhưng các phiên bản sau này đã sử dụng các tấm thép để chịu được lưu lượng giao thông của xe hạng nặng và bánh xích xe tăng. Các biến thể hiện đại có thể bao gồm các bộ phận bằng nhôm để giảm trọng lượng trong khi vẫn duy trì độ bền, mặc dù thép cường độ cao vẫn là vật liệu được lựa chọn cho hầu hết các ứng dụng hạng nặng.
Tính mô-đun này cho phép tính linh hoạt phi thường: các bộ phận tiêu chuẩn có thể được kết hợp để tạo ra các cây cầu trải dài từ các lối đi bộ nhỏ đến các nhịp đơn 91 mét, với khả năng chịu tải từ giao thông đi bộ nhẹ đến các phương tiện công nghiệp hạng nặng. Các cấu hình lớn nhất liên quan đến việc tăng gấp đôi hoặc gấp ba lớp tấm, làm tăng đáng kể khả năng chịu tải mà không làm thay đổi quy trình lắp ráp cơ bản.
Tuổi thọ của cầu Bailey bắt nguồn từ một loạt các ưu điểm độc đáo giải quyết những thách thức liên tục trong phát triển cơ sở hạ tầng:
Triển khai nhanh chóng: Một nhóm kỹ sư được đào tạo có thể dựng một cây cầu Bailey dài 30 mét trong vài giờ thay vì vài ngày hoặc vài tuần, một tính năng quan trọng trong các hoạt động quân sự và khu vực thảm họa. Không giống như các cây cầu truyền thống, đòi hỏi phải chế tạo tại chỗ và máy móc hạng nặng, các bộ phận Bailey có thể được vận chuyển bằng xe tải và lắp ráp thủ công.
Tiết kiệm chi phí: Sản xuất lắp sẵn giảm thiểu lãng phí vật liệu và chi phí nhân công tại chỗ. Khả năng tái sử dụng giúp tăng cường hơn nữa giá trị kinh tế—các bộ phận có thể được tháo dỡ, vận chuyển và lắp ráp lại nhiều lần trong các dự án khác nhau. So với các cây cầu thép mô-đun hiện đại, hệ thống Bailey thường có chi phí trả trước thấp hơn 20-30% do quy trình sản xuất đơn giản hơn.
Khả năng thích ứng địa hình: Thiết kế nhẹ và yêu cầu nền móng tối thiểu của cầu khiến nó phù hợp với các địa hình xa xôi hoặc đầy thách thức, từ các thung lũng núi đến vùng đồng bằng ngập lụt. Nó có thể được triển khai dưới dạng nhịp cố định, cầu nổi hoặc thậm chí là cấu trúc có hỗ trợ treo, thích ứng với các độ sâu nước và điều kiện mặt đất khác nhau.
Độ tin cậy về cấu trúc: Mặc dù có tính di động, cầu Bailey mang lại độ bền đặc biệt. Các cấu hình tiêu chuẩn có thể chịu tải lên đến 70 tấn, trong khi các thiết kế gia cố xử lý các phương tiện quân sự hạng nặng và thiết bị công nghiệp. Kết cấu thép cường độ cao đảm bảo khả năng chống mỏi, với các cây cầu được bảo trì tốt thường vẫn được sử dụng trong nhiều thập kỷ.
Những thuộc tính này đã biến cầu Bailey trở thành một yếu tố chủ yếu trong các tình huống mà tốc độ, chi phí và khả năng thích ứng vượt trội hơn nhu cầu về sự tinh tế về mặt thẩm mỹ hoặc tuổi thọ siêu dài.
BS5400, có tiêu đề chính thức là “Cầu thép, bê tông và composite,” là bộ quy tắc thực hành Tiêu chuẩn Anh điều chỉnh việc thiết kế, xây dựng và bảo trì cầu trong hơn nửa thế kỷ. Lần đầu tiên được giới thiệu vào giữa thế kỷ 20, nó đã phát triển thành một khuôn khổ toàn diện gồm mười phần bao gồm mọi thứ, từ thông số kỹ thuật vật liệu đến tính toán tải trọng và thiết kế nền móng. Không giống như các tiêu chuẩn quân sự chuyên biệt, BS5400 được phát triển cho cơ sở hạ tầng dân sự, thiết lập các tiêu chí thống nhất cho cầu đường bộ, đường sắt và người đi bộ trên khắp Vương quốc Anh và các lãnh thổ trước đây của nó.
Một đặc điểm xác định của BS5400 là việc áp dụng các nguyên tắc trạng thái giới hạn—một phương pháp kỹ thuật đánh giá hiệu suất cấu trúc trong các điều kiện khắc nghiệt (chẳng hạn như tải trọng tối đa hoặc hoạt động địa chấn) thay vì chỉ các hệ số an toàn tĩnh. Phương pháp tư duy tiến bộ này đảm bảo rằng các cây cầu được thiết kế theo tiêu chuẩn có thể chịu được các ứng suất không lường trước được, từ lưu lượng xe tải hạng nặng đến thời tiết khắc nghiệt. Tiêu chuẩn này cũng bao gồm các quy định chi tiết về tính toán tải trọng mỏi, rất quan trọng đối với các cấu trúc mô-đun như cầu Bailey, vốn trải qua các chu kỳ ứng suất lặp đi lặp lại.
Ảnh hưởng lâu dài của BS5400 bắt nguồn từ sự cân bằng giữa độ chính xác kỹ thuật và khả năng ứng dụng trong thế giới thực, đặc biệt đối với các cấu trúc thép mô-đun:
Thông số kỹ thuật vật liệu toàn diện: Tiêu chuẩn quy định các yêu cầu chính xác đối với thép kết cấu, bu lông, đinh tán và quy trình hàn. Ví dụ, nó quy định rằng bu lông ma sát cường độ cao phải đáp ứng các tiêu chuẩn BS4604 và việc hàn phải tuân theo BS5135, đảm bảo khả năng hoán đổi các bộ phận và tính toàn vẹn về cấu trúc. Mức độ chi tiết này rất quan trọng trong việc duy trì chất lượng trong quá trình sản xuất phân tán các bộ phận cầu Bailey.
Phân loại tải trọng nghiêm ngặt: BS5400 Phần 2 đã thiết lập các thông số kỹ thuật tải trọng rõ ràng cho các loại cầu khác nhau, từ cầu đi bộ đến đường sắt hạng nặng. Điều này cho phép các kỹ sư điều chỉnh các cấu hình cầu Bailey cho các trường hợp sử dụng cụ thể—cho dù hỗ trợ các phương tiện tiện ích nhẹ ở các vùng nông thôn hay thiết bị xây dựng hạng nặng tại các địa điểm công nghiệp.
Hướng dẫn xây dựng thực tế: Không giống như một số tiêu chuẩn hiện đại ưu tiên hiệu suất lý thuyết, BS5400 bao gồm các quy định có thể hành động để lắp ráp tại chỗ, chẳng hạn như dung sai khoan lỗ (±0,15mm đối với bu lông chính xác) và quy trình tán đinh. Những hướng dẫn này phù hợp hoàn hảo với nhu cầu lắp ráp tại hiện trường của cầu Bailey mà không cần máy móc chuyên dụng.
Quy định về mỏi và độ bền: Nhận thấy rằng các cây cầu mô-đun dễ bị ứng suất lặp đi lặp lại, BS5400 đã kết hợp “phương pháp hồ chứa” để đếm các chu kỳ tải trọng mỏi, giúp các kỹ sư dự đoán tuổi thọ và lên lịch bảo trì. Điều này rất quan trọng để kéo dài tiện ích của cầu Bailey ngoài các ứng dụng tạm thời thành sử dụng bán vĩnh viễn.
Năm 2010, Vương quốc Anh chính thức thông qua Tiêu chuẩn kết cấu châu Âu Eurocodes (đặc biệt là BS EN 1992 và BS EN 1993) làm tiêu chuẩn chính cho thiết kế cầu mới, thay thế BS5400. Sự chuyển đổi này phản ánh những nỗ lực hài hòa rộng lớn hơn của châu Âu, với Eurocodes cung cấp các quy định chi tiết hơn cho các vật liệu hiện đại và thiết kế địa chấn. Tuy nhiên, BS5400 không bị lỗi thời—nó vẫn là tiêu chuẩn thực tế để đánh giá và bảo trì các cây cầu hiện có được xây dựng theo các thông số kỹ thuật trước năm 2010.
Đối với cầu Bailey, sự chuyển đổi này đã tạo ra một động lực độc đáo: các cây cầu mới về mặt kỹ thuật được thiết kế theo Eurocodes, nhưng nhiều nhà sản xuất (đặc biệt là những người phục vụ thị trường toàn cầu) tiếp tục tham chiếu BS5400 như một tiêu chuẩn nền tảng. Các công ty như Evercross tuyên bố rõ ràng rằng cầu Bailey của họ tuân thủ BS5400 cùng với các tiêu chuẩn khu vực, sử dụng các tiêu chí tải trọng và mỏi của nó để đảm bảo khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng kế thừa và đáp ứng mong đợi của các kỹ sư quen thuộc với tiêu chuẩn Anh. Trong thực tế, điều này có nghĩa là mặc dù BS5400 không còn là yêu cầu bắt buộc đối với xây dựng mới, các nguyên tắc của nó vẫn được nhúng trong thiết kế và triển khai cầu Bailey hiện đại.
Sự tồn tại của cầu Bailey—bao gồm cả những cây cầu phù hợp với các nguyên tắc BS5400—bắt nguồn từ khả năng giải quyết các nhu cầu chưa được đáp ứng trong cơ sở hạ tầng hiện đại, nơi tốc độ, chi phí và khả năng thích ứng vẫn là tối quan trọng. Bốn yếu tố chính thúc đẩy sự liên quan liên tục của chúng:
Đầu tiên,
khả năng ứng phó khẩn cấp
làm cho cầu Bailey không thể thay thế trong các khu vực thảm họa. Khi lũ lụt, động đất hoặc xung đột phá hủy các đường giao nhau hiện có, các bộ phận Bailey có thể được vận chuyển bằng đường hàng không hoặc xe tải đến các khu vực bị ảnh hưởng và lắp ráp trong vòng vài giờ để khôi phục quyền tiếp cận cho các đội cứu hộ và nguồn cung cấp viện trợ. Không giống như các cây cầu vĩnh viễn, đòi hỏi nhiều tuần khảo sát địa chất và công việc nền móng, cầu Bailey có thể được dựng trên các mố tạm thời (thường là khối sỏi hoặc bê tông) với việc chuẩn bị hiện trường tối thiểu.
Thứ hai,
định vị cầu Bailey là sự lựa chọn ưa thích cho các khu vực bị hạn chế về tiền mặt. Ở các nước đang phát triển, nơi ngân sách cơ sở hạ tầng bị hạn chế, một cây cầu Bailey có chi phí thấp hơn 50-70% so với một cây cầu bê tông vĩnh viễn tương đương. Khả năng tái sử dụng của chúng càng làm tăng thêm lợi thế này: một bộ phận duy nhất có thể phục vụ nhiều cộng đồng trong nhiều thập kỷ, di chuyển từ một đường giao nhau tạm thời sau thảm họa đến một cây cầu tiếp cận nông thôn và sau đó đến một địa điểm công nghiệp.
các ứng dụng công nghiệp và xây dựng
tận dụng khả năng chịu tải và tính di động của cầu. Các hoạt động khai thác mỏ, mỏ dầu và các dự án thủy điện thường sử dụng cầu Bailey để cung cấp quyền truy cập tạm thời vào các công trường xa xôi. Những môi trường này đòi hỏi các cây cầu có thể hỗ trợ thiết bị hạng nặng (chẳng hạn như máy xúc và xe ben) trong khi vẫn dễ dàng di dời khi các dự án tiến triển—các yêu cầu mà thiết kế Bailey đáp ứng một cách hoàn hảo.
khả năng tương thích và sự quen thuộc đảm bảo nhu cầu liên tục. Nhiều thế hệ kỹ sư đã được đào tạo về các thông số kỹ thuật của BS5400 và nhiều chính phủ duy trì kho dự trữ các bộ phận Bailey tương thích với tiêu chuẩn. Kiến thức thể chế này làm giảm chi phí đào tạo và đảm bảo triển khai nhanh chóng trong các cuộc khủng hoảng.3.2 Ứng dụng toàn cầu: Nghiên cứu điển hình trên khắp các châu lục
Cầu Bailey được thiết kế theo các nguyên tắc BS5400 được triển khai trên khắp mọi châu lục có người ở, thích ứng với nhiều khí hậu, địa hình và trường hợp sử dụng khác nhau. Các ví dụ sau đây minh họa tác động toàn cầu của chúng:
Canada là ví dụ về sự chuyển đổi của cầu Bailey từ tài sản quân sự tạm thời sang cơ sở hạ tầng dân sự vĩnh viễn. Sau Thế chiến II, các Kỹ sư Hoàng gia Canada đã tái sử dụng các bộ phận Bailey dư thừa để xây dựng các đường giao nhau ở nông thôn, nhiều trong số đó vẫn đang được sử dụng cho đến ngày nay—hơn 70 năm sau. Hiệp hội Kỹ sư Quân sự Canada đã ghi lại hơn 100 cầu Bailey vĩnh viễn trên khắp đất nước, từ các đường giao nhau trên đường cao tốc ở British Columbia đến các đường mòn dành cho người đi bộ ở Quebec.
Một ví dụ đáng chú ý là một cây cầu Bailey dài 45 mét trong Công viên tỉnh Algonquin của Ontario, được dựng vào năm 1952 để cung cấp lối vào các khu cắm trại xa xôi. Được xây dựng theo các thông số kỹ thuật tải trọng của BS5400, nó đã được bảo trì theo các hướng dẫn về mỏi và ăn mòn của tiêu chuẩn, hỗ trợ hàng thập kỷ lưu lượng giao thông của xe giải trí mà không cần sửa đổi cấu trúc lớn. Sự phụ thuộc liên tục của Canada vào những cây cầu này phản ánh độ bền của chúng khi được bảo trì theo tiêu chuẩn BS5400, thách thức quan niệm rằng các thiết kế mô-đun vốn có tính “tạm thời.”
Trung Quốc vừa là nhà sản xuất vừa là người sử dụng chính cầu Bailey tuân theo BS5400. Các công ty như Evercross và AGICO sản xuất các cây cầu mô-đun tuân thủ BS5400, xuất khẩu sang hơn 30 quốc gia trong khi sử dụng các đơn vị trong nước để ứng phó khẩn cấp và các dự án cơ sở hạ tầng.
Cầu Bailey loại D của Evercross
Trong ứng phó thảm họa, kinh nghiệm của Trung Quốc là vô song. Trong trận động đất Tứ Xuyên năm 2008, cầu Bailey do AGICO cung cấp đã được dựng trong vòng 48 giờ sau thảm họa, khôi phục quyền tiếp cận các ngôi làng bị cô lập nơi các cây cầu vĩnh viễn đã sụp đổ. Việc triển khai tương tự đã diễn ra sau trận lụt sông Dương Tử năm 1998, nơi cầu Bailey nổi hỗ trợ thuyền cứu hộ và đoàn xe tiếp tế. Những cây cầu này được thiết kế theo các tiêu chí tải trọng địa chấn và thủy động lực của BS5400, đảm bảo sự ổn định trong điều kiện sau thảm họa.
3.2.3 Đông Nam Á: Cơ sở hạ tầng cho phát triển
Các quốc gia Đông Nam Á phụ thuộc nhiều vào cầu Bailey tuân theo BS5400 để giải quyết các khoảng trống về cơ sở hạ tầng ở các khu vực nông thôn và dễ bị thảm họa. Ở Malaysia, Evercross đã cung cấp cầu Bailey cho Dự án Thủy điện Baleh, một dự án phát triển quy mô lớn ở Sarawak. Những cây cầu này, được thiết kế theo tiêu chuẩn tải trọng công nghiệp của BS5400, hỗ trợ thiết bị xây dựng hạng nặng trong khi chịu được khí hậu ẩm ướt và mưa gió của khu vực.
Bangladesh và Pakistan cũng đã tích hợp cầu Bailey vào các chiến lược chuẩn bị sẵn sàng cho thảm họa của họ. Sau trận lụt Pakistan năm 2010, các cơ quan của Liên hợp quốc đã triển khai cầu Bailey AGICO để kết nối lại các cộng đồng bị cắt đứt bởi nước dâng cao. Các đơn vị này được chọn vì sự tuân thủ của chúng với BS5400, đảm bảo khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng do Anh thiết kế hiện có trong nước. Ở Bangladesh, lũ lụt theo mùa thường xuyên làm hư hại các cây cầu nông thôn và các bộ phận Bailey được đặt trước cho phép thay thế nhanh chóng, giảm thiểu sự gián đoạn cho nông nghiệp và thương mại.
3.2.4 Châu Phi và Châu Mỹ Latinh: Tiếp cận ở các vùng xa xôi
Gần tám thập kỷ sau khi được phát minh, cầu Bailey vẫn là một hiện diện phổ biến trong cơ sở hạ tầng toàn cầu, được đánh giá cao vì sự kết hợp độc đáo giữa tính di động, độ bền và khả năng thích ứng. Đồng thời, Tiêu chuẩn Anh BS5400, từng là nền tảng của thiết kế cầu ở Vương quốc Anh và hơn thế nữa, đã trải qua những thay đổi trong ứng dụng chính thức nhưng vẫn giữ được sự liên quan lâu dài. Hãy cùng khám phá di sản lâu đời của cầu Bailey được thiết kế theo BS5400, bắt đầu bằng việc xem xét nguồn gốc và thiết kế của cầu, tiến tới phân tích các đặc điểm và sự phát triển của tiêu chuẩn BS5400, và kết luận bằng việc đánh giá nơi và lý do tại sao những cây cầu này tiếp tục được sử dụng trên toàn thế giới. Không phải là di tích của một kỷ nguyên đã qua, cầu Bailey tuân theo BS5400 vẫn là tài sản quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, thu hẹp khoảng cách cả về nghĩa đen và nghĩa bóng trong môi trường đầy thách thức.
Cầu Bailey xuất hiện từ những yêu cầu cấp bách của Thế chiến II, khi việc di chuyển nhanh chóng quân đội và vật tư trên các vùng đất bị chiến tranh tàn phá đòi hỏi một hệ thống cầu có thể được triển khai mà không cần thiết bị hạng nặng hoặc kỹ năng chuyên môn. Được phát triển từ năm 1940 đến năm 1941 bởi kỹ sư người Anh Donald Coleman Bailey, thiết kế này là một sự khác biệt mang tính cách mạng so với các cây cầu quân sự trước chiến tranh, vốn dựa vào cần cẩu và các bộ phận tùy chỉnh gây cản trở tính cơ động. Đến năm 1942, những cây cầu Bailey đầu tiên đã được triển khai ở Bắc Phi, nơi khả năng vượt qua các khoảng trống một cách nhanh chóng trong khi hỗ trợ giao thông xe tăng đã chứng minh tính đột phá. Đến cuối chiến tranh, quân Đồng minh đã dựng hơn 4.500 cầu Bailey trên khắp mọi mặt trận lớn, từ dãy Alps của Ý đến các bãi biển Normandy.
Sau chiến tranh, tiềm năng dân sự của cây cầu đã trở nên rõ ràng. Vào những năm 1960, các quốc gia trên toàn thế giới bắt đầu điều chỉnh các bộ phận Bailey dư thừa của quân đội cho các dự án cơ sở hạ tầng, nhận ra giá trị của chúng ở những khu vực xa xôi và trong các tình huống khẩn cấp. Ngày nay, các nhà sản xuất hiện đại như Evercross và AGICO sản xuất cầu Bailey bằng cách sử dụng các vật liệu được cập nhật trong khi vẫn giữ nguyên triết lý mô-đun ban đầu, đảm bảo sự phù hợp của thiết kế trong thế kỷ 21.
Về cốt lõi, cầu Bailey là một cây cầu giàn lắp sẵn được xây dựng xung quanh các bộ phận thép có thể thay thế cho nhau, mỗi bộ phận được thiết kế để có tính di động và khả năng tương thích. Khối xây dựng cơ bản là tấm Bailey—một giàn hình chữ nhật dài 3,0 mét, cao 1,5 mét, nặng 260 kg, được thiết kế để bốn người có thể nâng lên. Các tấm này có các mấu lồi và lõm lồng vào nhau dọc theo các dây cung trên và dưới của chúng, cho phép kết nối nhanh chóng bằng chốt thép mà không cần dụng cụ chuyên dụng.
Cấu trúc chịu lực của cầu được hình thành bằng cách lắp ráp các tấm thành các giàn song song (được gọi là dầm Bailey), được ổn định bằng cách giằng chéo để chống lại các lực ngang. Xà ngang—dầm thép rộng 5,8 mét—trải dài theo chiều ngang giữa các dây cung dưới của giàn, trong khi xà gồ nối các xà ngang để tạo thành một khung cứng. Theo truyền thống, ván gỗ tạo thành mặt cầu, nhưng các phiên bản sau này đã sử dụng các tấm thép để chịu được lưu lượng giao thông của xe hạng nặng và bánh xích xe tăng. Các biến thể hiện đại có thể bao gồm các bộ phận bằng nhôm để giảm trọng lượng trong khi vẫn duy trì độ bền, mặc dù thép cường độ cao vẫn là vật liệu được lựa chọn cho hầu hết các ứng dụng hạng nặng.
Tính mô-đun này cho phép tính linh hoạt phi thường: các bộ phận tiêu chuẩn có thể được kết hợp để tạo ra các cây cầu trải dài từ các lối đi bộ nhỏ đến các nhịp đơn 91 mét, với khả năng chịu tải từ giao thông đi bộ nhẹ đến các phương tiện công nghiệp hạng nặng. Các cấu hình lớn nhất liên quan đến việc tăng gấp đôi hoặc gấp ba lớp tấm, làm tăng đáng kể khả năng chịu tải mà không làm thay đổi quy trình lắp ráp cơ bản.
Tuổi thọ của cầu Bailey bắt nguồn từ một loạt các ưu điểm độc đáo giải quyết những thách thức liên tục trong phát triển cơ sở hạ tầng:
Triển khai nhanh chóng: Một nhóm kỹ sư được đào tạo có thể dựng một cây cầu Bailey dài 30 mét trong vài giờ thay vì vài ngày hoặc vài tuần, một tính năng quan trọng trong các hoạt động quân sự và khu vực thảm họa. Không giống như các cây cầu truyền thống, đòi hỏi phải chế tạo tại chỗ và máy móc hạng nặng, các bộ phận Bailey có thể được vận chuyển bằng xe tải và lắp ráp thủ công.
Tiết kiệm chi phí: Sản xuất lắp sẵn giảm thiểu lãng phí vật liệu và chi phí nhân công tại chỗ. Khả năng tái sử dụng giúp tăng cường hơn nữa giá trị kinh tế—các bộ phận có thể được tháo dỡ, vận chuyển và lắp ráp lại nhiều lần trong các dự án khác nhau. So với các cây cầu thép mô-đun hiện đại, hệ thống Bailey thường có chi phí trả trước thấp hơn 20-30% do quy trình sản xuất đơn giản hơn.
Khả năng thích ứng địa hình: Thiết kế nhẹ và yêu cầu nền móng tối thiểu của cầu khiến nó phù hợp với các địa hình xa xôi hoặc đầy thách thức, từ các thung lũng núi đến vùng đồng bằng ngập lụt. Nó có thể được triển khai dưới dạng nhịp cố định, cầu nổi hoặc thậm chí là cấu trúc có hỗ trợ treo, thích ứng với các độ sâu nước và điều kiện mặt đất khác nhau.
Độ tin cậy về cấu trúc: Mặc dù có tính di động, cầu Bailey mang lại độ bền đặc biệt. Các cấu hình tiêu chuẩn có thể chịu tải lên đến 70 tấn, trong khi các thiết kế gia cố xử lý các phương tiện quân sự hạng nặng và thiết bị công nghiệp. Kết cấu thép cường độ cao đảm bảo khả năng chống mỏi, với các cây cầu được bảo trì tốt thường vẫn được sử dụng trong nhiều thập kỷ.
Những thuộc tính này đã biến cầu Bailey trở thành một yếu tố chủ yếu trong các tình huống mà tốc độ, chi phí và khả năng thích ứng vượt trội hơn nhu cầu về sự tinh tế về mặt thẩm mỹ hoặc tuổi thọ siêu dài.
BS5400, có tiêu đề chính thức là “Cầu thép, bê tông và composite,” là bộ quy tắc thực hành Tiêu chuẩn Anh điều chỉnh việc thiết kế, xây dựng và bảo trì cầu trong hơn nửa thế kỷ. Lần đầu tiên được giới thiệu vào giữa thế kỷ 20, nó đã phát triển thành một khuôn khổ toàn diện gồm mười phần bao gồm mọi thứ, từ thông số kỹ thuật vật liệu đến tính toán tải trọng và thiết kế nền móng. Không giống như các tiêu chuẩn quân sự chuyên biệt, BS5400 được phát triển cho cơ sở hạ tầng dân sự, thiết lập các tiêu chí thống nhất cho cầu đường bộ, đường sắt và người đi bộ trên khắp Vương quốc Anh và các lãnh thổ trước đây của nó.
Một đặc điểm xác định của BS5400 là việc áp dụng các nguyên tắc trạng thái giới hạn—một phương pháp kỹ thuật đánh giá hiệu suất cấu trúc trong các điều kiện khắc nghiệt (chẳng hạn như tải trọng tối đa hoặc hoạt động địa chấn) thay vì chỉ các hệ số an toàn tĩnh. Phương pháp tư duy tiến bộ này đảm bảo rằng các cây cầu được thiết kế theo tiêu chuẩn có thể chịu được các ứng suất không lường trước được, từ lưu lượng xe tải hạng nặng đến thời tiết khắc nghiệt. Tiêu chuẩn này cũng bao gồm các quy định chi tiết về tính toán tải trọng mỏi, rất quan trọng đối với các cấu trúc mô-đun như cầu Bailey, vốn trải qua các chu kỳ ứng suất lặp đi lặp lại.
Ảnh hưởng lâu dài của BS5400 bắt nguồn từ sự cân bằng giữa độ chính xác kỹ thuật và khả năng ứng dụng trong thế giới thực, đặc biệt đối với các cấu trúc thép mô-đun:
Thông số kỹ thuật vật liệu toàn diện: Tiêu chuẩn quy định các yêu cầu chính xác đối với thép kết cấu, bu lông, đinh tán và quy trình hàn. Ví dụ, nó quy định rằng bu lông ma sát cường độ cao phải đáp ứng các tiêu chuẩn BS4604 và việc hàn phải tuân theo BS5135, đảm bảo khả năng hoán đổi các bộ phận và tính toàn vẹn về cấu trúc. Mức độ chi tiết này rất quan trọng trong việc duy trì chất lượng trong quá trình sản xuất phân tán các bộ phận cầu Bailey.
Phân loại tải trọng nghiêm ngặt: BS5400 Phần 2 đã thiết lập các thông số kỹ thuật tải trọng rõ ràng cho các loại cầu khác nhau, từ cầu đi bộ đến đường sắt hạng nặng. Điều này cho phép các kỹ sư điều chỉnh các cấu hình cầu Bailey cho các trường hợp sử dụng cụ thể—cho dù hỗ trợ các phương tiện tiện ích nhẹ ở các vùng nông thôn hay thiết bị xây dựng hạng nặng tại các địa điểm công nghiệp.
Hướng dẫn xây dựng thực tế: Không giống như một số tiêu chuẩn hiện đại ưu tiên hiệu suất lý thuyết, BS5400 bao gồm các quy định có thể hành động để lắp ráp tại chỗ, chẳng hạn như dung sai khoan lỗ (±0,15mm đối với bu lông chính xác) và quy trình tán đinh. Những hướng dẫn này phù hợp hoàn hảo với nhu cầu lắp ráp tại hiện trường của cầu Bailey mà không cần máy móc chuyên dụng.
Quy định về mỏi và độ bền: Nhận thấy rằng các cây cầu mô-đun dễ bị ứng suất lặp đi lặp lại, BS5400 đã kết hợp “phương pháp hồ chứa” để đếm các chu kỳ tải trọng mỏi, giúp các kỹ sư dự đoán tuổi thọ và lên lịch bảo trì. Điều này rất quan trọng để kéo dài tiện ích của cầu Bailey ngoài các ứng dụng tạm thời thành sử dụng bán vĩnh viễn.
Năm 2010, Vương quốc Anh chính thức thông qua Tiêu chuẩn kết cấu châu Âu Eurocodes (đặc biệt là BS EN 1992 và BS EN 1993) làm tiêu chuẩn chính cho thiết kế cầu mới, thay thế BS5400. Sự chuyển đổi này phản ánh những nỗ lực hài hòa rộng lớn hơn của châu Âu, với Eurocodes cung cấp các quy định chi tiết hơn cho các vật liệu hiện đại và thiết kế địa chấn. Tuy nhiên, BS5400 không bị lỗi thời—nó vẫn là tiêu chuẩn thực tế để đánh giá và bảo trì các cây cầu hiện có được xây dựng theo các thông số kỹ thuật trước năm 2010.
Đối với cầu Bailey, sự chuyển đổi này đã tạo ra một động lực độc đáo: các cây cầu mới về mặt kỹ thuật được thiết kế theo Eurocodes, nhưng nhiều nhà sản xuất (đặc biệt là những người phục vụ thị trường toàn cầu) tiếp tục tham chiếu BS5400 như một tiêu chuẩn nền tảng. Các công ty như Evercross tuyên bố rõ ràng rằng cầu Bailey của họ tuân thủ BS5400 cùng với các tiêu chuẩn khu vực, sử dụng các tiêu chí tải trọng và mỏi của nó để đảm bảo khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng kế thừa và đáp ứng mong đợi của các kỹ sư quen thuộc với tiêu chuẩn Anh. Trong thực tế, điều này có nghĩa là mặc dù BS5400 không còn là yêu cầu bắt buộc đối với xây dựng mới, các nguyên tắc của nó vẫn được nhúng trong thiết kế và triển khai cầu Bailey hiện đại.
Sự tồn tại của cầu Bailey—bao gồm cả những cây cầu phù hợp với các nguyên tắc BS5400—bắt nguồn từ khả năng giải quyết các nhu cầu chưa được đáp ứng trong cơ sở hạ tầng hiện đại, nơi tốc độ, chi phí và khả năng thích ứng vẫn là tối quan trọng. Bốn yếu tố chính thúc đẩy sự liên quan liên tục của chúng:
Đầu tiên,
khả năng ứng phó khẩn cấp
làm cho cầu Bailey không thể thay thế trong các khu vực thảm họa. Khi lũ lụt, động đất hoặc xung đột phá hủy các đường giao nhau hiện có, các bộ phận Bailey có thể được vận chuyển bằng đường hàng không hoặc xe tải đến các khu vực bị ảnh hưởng và lắp ráp trong vòng vài giờ để khôi phục quyền tiếp cận cho các đội cứu hộ và nguồn cung cấp viện trợ. Không giống như các cây cầu vĩnh viễn, đòi hỏi nhiều tuần khảo sát địa chất và công việc nền móng, cầu Bailey có thể được dựng trên các mố tạm thời (thường là khối sỏi hoặc bê tông) với việc chuẩn bị hiện trường tối thiểu.
Thứ hai,
định vị cầu Bailey là sự lựa chọn ưa thích cho các khu vực bị hạn chế về tiền mặt. Ở các nước đang phát triển, nơi ngân sách cơ sở hạ tầng bị hạn chế, một cây cầu Bailey có chi phí thấp hơn 50-70% so với một cây cầu bê tông vĩnh viễn tương đương. Khả năng tái sử dụng của chúng càng làm tăng thêm lợi thế này: một bộ phận duy nhất có thể phục vụ nhiều cộng đồng trong nhiều thập kỷ, di chuyển từ một đường giao nhau tạm thời sau thảm họa đến một cây cầu tiếp cận nông thôn và sau đó đến một địa điểm công nghiệp.
các ứng dụng công nghiệp và xây dựng
tận dụng khả năng chịu tải và tính di động của cầu. Các hoạt động khai thác mỏ, mỏ dầu và các dự án thủy điện thường sử dụng cầu Bailey để cung cấp quyền truy cập tạm thời vào các công trường xa xôi. Những môi trường này đòi hỏi các cây cầu có thể hỗ trợ thiết bị hạng nặng (chẳng hạn như máy xúc và xe ben) trong khi vẫn dễ dàng di dời khi các dự án tiến triển—các yêu cầu mà thiết kế Bailey đáp ứng một cách hoàn hảo.
khả năng tương thích và sự quen thuộc đảm bảo nhu cầu liên tục. Nhiều thế hệ kỹ sư đã được đào tạo về các thông số kỹ thuật của BS5400 và nhiều chính phủ duy trì kho dự trữ các bộ phận Bailey tương thích với tiêu chuẩn. Kiến thức thể chế này làm giảm chi phí đào tạo và đảm bảo triển khai nhanh chóng trong các cuộc khủng hoảng.3.2 Ứng dụng toàn cầu: Nghiên cứu điển hình trên khắp các châu lục
Cầu Bailey được thiết kế theo các nguyên tắc BS5400 được triển khai trên khắp mọi châu lục có người ở, thích ứng với nhiều khí hậu, địa hình và trường hợp sử dụng khác nhau. Các ví dụ sau đây minh họa tác động toàn cầu của chúng:
Canada là ví dụ về sự chuyển đổi của cầu Bailey từ tài sản quân sự tạm thời sang cơ sở hạ tầng dân sự vĩnh viễn. Sau Thế chiến II, các Kỹ sư Hoàng gia Canada đã tái sử dụng các bộ phận Bailey dư thừa để xây dựng các đường giao nhau ở nông thôn, nhiều trong số đó vẫn đang được sử dụng cho đến ngày nay—hơn 70 năm sau. Hiệp hội Kỹ sư Quân sự Canada đã ghi lại hơn 100 cầu Bailey vĩnh viễn trên khắp đất nước, từ các đường giao nhau trên đường cao tốc ở British Columbia đến các đường mòn dành cho người đi bộ ở Quebec.
Một ví dụ đáng chú ý là một cây cầu Bailey dài 45 mét trong Công viên tỉnh Algonquin của Ontario, được dựng vào năm 1952 để cung cấp lối vào các khu cắm trại xa xôi. Được xây dựng theo các thông số kỹ thuật tải trọng của BS5400, nó đã được bảo trì theo các hướng dẫn về mỏi và ăn mòn của tiêu chuẩn, hỗ trợ hàng thập kỷ lưu lượng giao thông của xe giải trí mà không cần sửa đổi cấu trúc lớn. Sự phụ thuộc liên tục của Canada vào những cây cầu này phản ánh độ bền của chúng khi được bảo trì theo tiêu chuẩn BS5400, thách thức quan niệm rằng các thiết kế mô-đun vốn có tính “tạm thời.”
Trung Quốc vừa là nhà sản xuất vừa là người sử dụng chính cầu Bailey tuân theo BS5400. Các công ty như Evercross và AGICO sản xuất các cây cầu mô-đun tuân thủ BS5400, xuất khẩu sang hơn 30 quốc gia trong khi sử dụng các đơn vị trong nước để ứng phó khẩn cấp và các dự án cơ sở hạ tầng.
Cầu Bailey loại D của Evercross
Trong ứng phó thảm họa, kinh nghiệm của Trung Quốc là vô song. Trong trận động đất Tứ Xuyên năm 2008, cầu Bailey do AGICO cung cấp đã được dựng trong vòng 48 giờ sau thảm họa, khôi phục quyền tiếp cận các ngôi làng bị cô lập nơi các cây cầu vĩnh viễn đã sụp đổ. Việc triển khai tương tự đã diễn ra sau trận lụt sông Dương Tử năm 1998, nơi cầu Bailey nổi hỗ trợ thuyền cứu hộ và đoàn xe tiếp tế. Những cây cầu này được thiết kế theo các tiêu chí tải trọng địa chấn và thủy động lực của BS5400, đảm bảo sự ổn định trong điều kiện sau thảm họa.
3.2.3 Đông Nam Á: Cơ sở hạ tầng cho phát triển
Các quốc gia Đông Nam Á phụ thuộc nhiều vào cầu Bailey tuân theo BS5400 để giải quyết các khoảng trống về cơ sở hạ tầng ở các khu vực nông thôn và dễ bị thảm họa. Ở Malaysia, Evercross đã cung cấp cầu Bailey cho Dự án Thủy điện Baleh, một dự án phát triển quy mô lớn ở Sarawak. Những cây cầu này, được thiết kế theo tiêu chuẩn tải trọng công nghiệp của BS5400, hỗ trợ thiết bị xây dựng hạng nặng trong khi chịu được khí hậu ẩm ướt và mưa gió của khu vực.
Bangladesh và Pakistan cũng đã tích hợp cầu Bailey vào các chiến lược chuẩn bị sẵn sàng cho thảm họa của họ. Sau trận lụt Pakistan năm 2010, các cơ quan của Liên hợp quốc đã triển khai cầu Bailey AGICO để kết nối lại các cộng đồng bị cắt đứt bởi nước dâng cao. Các đơn vị này được chọn vì sự tuân thủ của chúng với BS5400, đảm bảo khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng do Anh thiết kế hiện có trong nước. Ở Bangladesh, lũ lụt theo mùa thường xuyên làm hư hại các cây cầu nông thôn và các bộ phận Bailey được đặt trước cho phép thay thế nhanh chóng, giảm thiểu sự gián đoạn cho nông nghiệp và thương mại.
3.2.4 Châu Phi và Châu Mỹ Latinh: Tiếp cận ở các vùng xa xôi
Địa chỉ
tầng 10, tòa nhà 1, số 188 đường Changyi, quận Baoshan, Thượng Hải, Trung Quốc
Điện thoại
86-1771-7918-217
