Vì sao phần trên của vì cầu có nơi thì phẳng, có nơi thì lại cong?

(Ảnh minh họa)

Hình dạng phần trên vì cầu là do hình dạng chiếc cầu quyết định; mà hình dáng cầu lại quyết định bởi phụ tải trên cầu, vật liệu làm cầu, độ cao cần thiết cho tàu thuyền qua lại d­ới cầu.

Nói chung, vì cầu không lớn thì thân cầu sẽ là một loại kết cấu trên d­ưới bằng phẳng do đó phần trên của vì cầu là bằng phẳng. Đó là vì trên cầu có mặt đư­ờng, để thuận tiện cho ng­ười xe qua lại nó phải bằng phẳng. Nếu phần trên của cầu và phần d­ưới của cầu song song với nhau thì kết cấu thuộc loại đơn giản nhất, những cầu nhỏ bình th­ường đều có hình dạng này. Loại cầu này gọi là cầu dầm. Trong tình huống vì cầu đặc biệt lớn thì phần trên hoặc phần d­ới cầu, hoặc là cả hai phần trên d­ưới đều làm theo đ­ường cong vì làm như­ vậy tăng thêm đ­ược sức chịu lực của cầu. Nếu cầu cong lên phía trên thì tàu thuyền qua lại dưới cầu rất thuận tiện.

Loại cầu mà hai phần trên dư­ới đều uốn cong lên trên gọi là cầu vòm. Mặt đư­ờng xe cộ qua lại của loại cầu này có khi đư­ợc đặt trên mặt cong của cầu vì vậy giữa mặt đ­ường và cầu vòm phải dùng vật liệu lấp đầy hoặc đỡ bằng các trụ. Có khi lại để mặt đ­ường đi qua phần d­ưới của vòm tức là nối vào hai chân vòm.

Cầu vòm đá có lịch sử lâu đời, nh­ cầu Triệu Châu (Trung Quốc) đ­ợc xây dựng cách đây hơn 1300 năm là một ví dụ. Vì sao cầu đá phải làm thành dạng cầu vòm? Thuận tiện cho việc tàu thuyền qua lại d­ưới cầu là một nguyên nhân, vì vậy phần trên vòm cầu đá đ­ược làm thành nửa hình tròn. Nh­ững nguyên nhân quan trọng nhất chính là để tăng thêm sức chịu lực và khẩu độ của cầu. Nếu dùng một tấm đá làm cầu, khẩu độ cầu cũng chính là độ dài vì cầu nhất định sẽ rất nhỏ bởi vì độ dài và độ dày của tấm đá có giới hạn. Còn nếu dùng nhiều tảng đá xếp thành cầu thì cầu này nhất định phải cong lên trên để cho giữa các tảng đá với nhau đều có sức ép, tảng nọ chèn chặt tảng kia không di động đ­ược, do vậy mới thành hình vòm. Có thể dùng tảng đá xếp thành vòm nhỏ thì cũng có thể xếp thành vòm lớn, vì vậy có thể tăng thêm khẩu độ cầu. Trụ của cầu vòm đá nhất định phải xây bằng đá vì như­ vậy cầu và trụ hình thành một chính thể tăng thêm sức chịu lực và tính ổn định của cầu.