Cầu (giao thông)

Cầu là một phương tiện nối liền 2 hay nhiều điểm khác nhau, giúp việc di chuyển giữa các vị trí ấy được dễ dàng hơn.
Cầu là một công trình giao thông được bắc qua các chướng ngại nước như: rãnh nước, dòng suối, dòng sông, hồ, biển, thung lũng, hay các chướng ngại khác như: đường bộ, đường sắt... đảm bảo cho giao thông được liên tục.

Từ nguyên

Cầu là một từ Hán Việt cổ, bắt nguồn từ cách phát âm trong tiếng Hán thượng cổ của một từ tiếng Hán được viết bằng chữ Hán là “橋”. Chữ Hán “橋” có âm Hán Việt tiêu chuẩn hiện đại là kiều. William H. Baxter và Laurent Sagart phục nguyên cách phát âm trong tiếng Hán thượng cổ của từ “橋” là *[g](r)aw.

Lịch sử

Cầu đã ra đời cách ngày nay rất lâu. Thể thức ban đầu của những cây cầu là tác phẩm của tự nhiên, là khúc cây đổ bắc ngang qua dòng nước. Thời gian đầu, người ta thường làm cầu từ một tấm ván mỏng, từ những cây gỗ đơn, tre, thậm chí là từ những tảng đá. Các cầu loại này thường không chịu được tải trọng lớn và cường độ giao thông cao.
Những cây cầu vòm bằng đá và đường máng dẫn nước (aqueduct) được xây dựng đầu tiên thời Đế chế La Mã, một số còn tồn tại đến ngày nay như cầu Alcántara qua sông Tagus ở Tây Ban Nha. Tại nhiều vùng lãnh thổ khác cũng xây dựng nhiều loại cầu bằng những vật liệu khác nhau như gỗ, đá (Trung Quốc), gạch xây vữa (châu Âu), cầu treo đơn giản bằng dây thừng của thổ dân (Inca Nam Mĩ)...Cho đến thế kỉ 19 khi xảy ra cách mạng công nghiệp, các cầu bằng sắt rèn, rồi tiến đến bằng thép ra đời. Ngày nay, các loại cầu bằng bêtông trở nên phổ biến cùng với cầu thép. Nhịp cầu ngày càng được kéo dài, từ vài trăm mét như loại cầu dầm, cầu giàn bêtông ứng suất trước hoặc thép, và lên đến 2000 mét như cầu treo dây võng Akashi-Kaikyo (Nhật Bản).

Kết cấu cầu

Kết cấu cầu là một lĩnh vực thuộc kết cấu xây dựng. Độ khó trong xây dựng cầu nằm tại kết cấu của nó, nên việc thiết kế cầu vẫn chủ yếu do các kỹ sư xây dựng thực hiện mà ít có đóng góp của kiến trúc sư.

Kết cấu nhịp

Kết cấu nhịp cầu bao gồm: mặt cầu (gồm có bản mặt bằng bêtông cốt thép hoặc thép hoặc gỗ, các lớp phủ như lớp chống nước, bêtông asphalt...), dầm dọc và dầm ngang, kết cấu nhịp chịu tác dụng của tải trọng bản thân cầu gọi là tĩnh tải, cùng với tải trọng người, xe trên cầu gọi là hoạt tải, ngoài ra còn có tác dụng của gió, của động đất (trường hợp đặc biệt), toàn bộ tải trọng này được truyền xuống đất qua hệ thống mố trụ cầu

Mố cầu

Bộ phận ở hai đầu cầu và nối tiếp giữa cầu với đường gọi là mố cầu. Mố cầu ở cuối cầu và tạo thành cấu trúc chuyển tiếp từ đường tới mặt cầu. Nó tiếp nhận một phần tải trọng của kết cấu nhịp truyền xuống và chịu tác dụng của đất đắp sau mố (đường tiếp nối vào cầu). Cấu trúc của mố cầu bằng bê tông cốt thép và bao ngoài bằng đá hộc, đá tảng gắn kết bằng xi măng mác cao.

Trụ cầu

Bộ phận giữa hai mố cầu để cho kết cấu nhịp tựa lên gọi là trụ cầu. Do nhiều yêu cầu về kinh tế kĩ thuật chiều dài kết cấu nhịp không thể quá dài. Để vượt được khoảng cách lớn yêu cầu phải có cọc chống đỡ trung gian dó là trụ cầu. Trụ cầu truyền tải từ kết cấu nhịp xuống móng công trình. Đối với loại cầu dây văng hoặc cầu treo thì trụ cầu thường được làm cao hẳn hơn bản mặt cầu, để treo, neo dây cáp chịu lực, gọi là trụ tháp.
Mố trụ cầu rất quan trọng trong tổng thể của công trình cầu vì vậy khi thiết kế mố trụ cần chú ý đến nhiều yếu tố không những phải chịu được lực truyền từ kết cấu nhịp bên trên xuống mà còn các yếu tố khác tác dụng vào mố trụ: đối với mố là lực đẩy ngang của đất, đối với trụ là sự va đập của các phương tiện giao thông: tàu thuyền vào trụ cầu (cầu vượt sông), xẹ cộ (cầu cạn); ngoài ra trụ cầu qua sông còn phải chịu các yếu tố thủy lực như lực đẩy nổi, lực do dòng chảy tác động. Những yếu tố ăn mòn cũng tác động mạnh đến trụ cầu; như han rỉ.

Móng cầu

Móng cầu là bộ phận bên dưới cùng của một cây cầu, làm bằng bê tông cốt thép. Móng có tác dụng truyền và phân bố toàn bộ tải trọng xuống nền đất sao cho toàn bộ kết cấu đứng vững trên đất mà không bị phá hoại do nền đất bị vượt quá sức chịu tải...
Xem thêm: Móng

Gối cầu

Gối cầu là bộ phận trung gian nằm giữa kết cấu nhịp và mố trụ cầu. Gối cầu có tác dụng như tấm đệm chịu tải trọng và giảm lực cắt ngang của kết cấu nhịp truyền xuống mố trụ. Đồng thời gối cầu giúp cho kết cấu làm việc theo mô hình tính toán, giúp kết cấu nhịp dịch chuyển, co giãn ít mà bị cản trở. Các loại gối cầu rất đa dạng nhưng chia ra hai loại chính là gối cố định và gối di động, gối có thể cứng (thép, gối chậu) hoặc đàn hồi (gối cao su, cao su bản thép).