A giàn Bailey là bộ phận cầu panel thép đúc sẵn được xây dựng từ các dây cung trên và dưới hình tam giác, các trụ dọc và giằng chéo, được thiết kế để gắn chặt với nhau tại công trường mà không cần cẩu, hàn hay đúc móng. Mỗi bảng là dài 3,048 mét (10 feet) và cao khoảng 1,4 đến 2,15 mét tùy thuộc vào nhà sản xuất và nhiều tấm kết hợp cạnh nhau và từng tầng để tạo thành một dầm đủ chắc chắn để chở phương tiện giao thông, đường sắt hoặc người đi bộ. Hệ thống này ban đầu được phát triển để vượt sông quân sự, nhưng logic bảng tương tự hiện đang củng cố hầu hết các cây cầu thép mô-đun được bán cho đường nông thôn, tuyến đường vận chuyển khai thác mỏ, cứu trợ thiên tai và đường vòng tạm thời.
Đặc điểm xác định của giàn Bailey là khả năng thay thế cho nhau. Mỗi tấm từ một loạt sản phẩm nhất định đều có các lỗ chốt giống hệt nhau, do đó, nhà thầu có thể mở rộng một nhịp, thêm hàng thứ hai để tăng thêm chiều rộng hoặc xếp tầng thứ hai để tăng thêm độ chắc chắn bằng cách sử dụng cùng một kho linh kiện. Quyết định thiết kế duy nhất đó là lý do tại sao dạng giàn Bailey vẫn được sử dụng liên tục trong hơn tám thập kỷ trong khi các khái niệm cầu tạm thời khác đã ra đời rồi biến mất.
Về mặt thực tế, giàn Bailey trả lời ba câu hỏi mà nhóm dự án thường hỏi trước tiên: nó có thể tăng nhanh đến mức nào, nó có thể chở được bao nhiêu và sau đó nó có thể được tái sử dụng ở nơi nào khác không. Bởi vì bảng điều khiển là một khối xây dựng tiêu chuẩn chứ không phải là chế tạo tùy chỉnh, cả ba câu trả lời đều có xu hướng tốt hơn những gì một thiết kế thép hoặc bê tông dành riêng cho từng địa điểm có thể cung cấp trong cùng một dòng thời gian.
Khái niệm cầu ván bắt nguồn từ yêu cầu thời chiến về hệ thống cầu vượt mà bộ binh có thể xây dựng trong điều kiện thực địa với các công cụ cơ bản và không cần máy móc hạng nặng. Ý tưởng cốt lõi, một bảng điều khiển hình tam giác lặp lại được nối với nhau bằng một loại chốt duy nhất, đã giải quyết được hai vấn đề cùng một lúc: nó loại bỏ nhu cầu hàn tại chỗ và cho phép tái sử dụng cùng một bộ phận trên hàng chục chiều dài nhịp khác nhau.
Điều khiến định dạng này có liên quan lâu dài sau khi mục đích ban đầu của nó bị phai nhạt là thực tế là logic của bảng điều khiển mở rộng theo cả hai hướng. Một dãy tấm duy nhất xử lý một cây cầu dành cho người đi bộ; ba dãy xếp chồng lên nhau cao hai tầng, cốt thép, chở được xe tải chở đầy đường cao tốc. Rất ít hệ thống kết cấu cung cấp phạm vi từ danh mục một bộ phận, đó là lý do tại sao các nhà thầu dân dụng, nhà điều hành khai thác mỏ và cơ quan cứu trợ thiên tai ngày nay vẫn chỉ định cách bố trí giàn bailey thay vì dầm thép đặt riêng.
| Thời đại | Sử dụng chính |
|---|---|
| Ý định thiết kế ban đầu | Vượt sông nhanh chóng, lắp ráp bằng tay không cần cẩu |
| Tái thiết sau xung đột | Thay thế các nút giao đường dân sự và đường sắt bị hư hỏng |
| Sử dụng thương mại hiện tại | Tiếp cận nông thôn, đường vận chuyển khai thác, ứng phó thiên tai, đường vòng, đường dành cho người đi bộ và tiện ích |
Một cây cầu giàn bailey đã hoàn thiện là một tập hợp của một số ít các bộ phận lặp lại. Hiểu được chức năng của từng bộ phận giúp việc đọc danh sách các bộ phận của nhà cung cấp hoặc bản vẽ lắp dựng tại công trường trở nên dễ dàng hơn nhiều.
| thành phần | chức năng | Vật liệu điển hình |
|---|---|---|
| Hợp âm bảng điều khiển | Mang lực căng và lực nén chính dọc theo nhịp | Thép kênh đôi |
| Bài đăng dọc | Chuyển tải trọng của bộ bài vào các hợp âm và giữ cho bảng điều khiển vuông vức | Phần dầm chữ I 8 khổ |
| Nẹp chéo | Hoàn thiện mô hình tam giác mang lại độ cứng cho bảng điều khiển | Phần thép cán |
| Chốt bảng điều khiển | Nối các tấm liền kề ở vấu nam và nữ | Thép hợp kim rèn, mỗi chiếc nặng khoảng 3 kg |
| cây ngang | Kéo dài giữa hai đường giàn và đỡ boong | Dầm thép cán |
| Thanh giằng lắc lư và cào | Chống lại tải trọng gió và rung động bên, ngăn ngừa lắc lư bên | Thanh giằng thép |
| Cờ vua và dây đàn | Tạo thành bề mặt sàn chạy cho xe cộ hoặc người đi bộ | Tấm kiểm tra bằng gỗ hoặc thép |
| Mang và kết thúc bài | Chuyển toàn bộ phản lực giàn vào mố | Thép đúc hoặc chế tạo |
Ở dây âm phía dưới của mỗi bảng, bốn tấm tựa dầm giữ thanh ngang ở đúng vị trí và hai lỗ hình bầu dục ở cuối kênh tiếp nhận kết nối nẹp lắc. Bởi vì cùng một kích thước chốt và khoảng cách lỗ lặp lại trên toàn bộ bảng điều khiển, đội kỹ thuật có thể tháo rời một cây cầu giàn bailey và xây dựng lại nó theo một nhịp có độ dài hoàn toàn khác bằng cách sử dụng cùng một khoảng không quảng cáo, đó là lý do chính khiến đội xe cho thuê được xây dựng theo định dạng này.
Sức mạnh của giàn Bailey không đến từ bất kỳ bộ phận nặng nào mà đến từ hình học. Hình tam giác là đa giác duy nhất không thể thay đổi hình dạng nếu không thay đổi độ dài của một trong các cạnh của nó, do đó, khi các thanh giằng chéo, đường thẳng đứng và dây cung được ghim thành hình tam giác, tấm này sẽ chống uốn cong mà không cần lưới thép tấm chắc chắn.
Điều này có hai hậu quả thực tế quan trọng đối với bất kỳ ai chỉ định một dự án:
Các kỹ sư mô tả hiệu quả này bằng cách sử dụng tỷ lệ cường độ trên trọng lượng và đó là lý do một tấm bảng nặng 300 kg có thể, khi kết hợp với các tấm khác ở cấu hình phù hợp, có thể hỗ trợ các phương tiện nặng nhiều tấn.
Hình dạng của bảng điều khiển là một trong số ít thứ gần như không thay đổi giữa các nhà sản xuất kể từ thiết kế ban đầu của Anh, đó là lý do tại sao các bộ phận từ các thời đại khác nhau và các nhà máy khác nhau thường vẫn tương thích. Các tấm hợp âm được gia cố và các tấm tầng đôi chỉ thay đổi đường tải chứ không thay đổi đường bao cơ sở.
| tham số | Giá trị điển hình |
|---|---|
| Chiều dài bảng điều khiển | 3,048 m (10 ft), lỗ chốt đến lỗ chốt |
| Chiều cao bảng điều khiển | 1,45 m đến 2,15 m tùy theo dòng sản phẩm |
| Trọng lượng bảng | 270 kg đến 349 kg |
| Chiều rộng đường tiêu chuẩn | Làn đường đơn 3,27 m, làn đường rộng 4,25 m |
| Chốt bảng điều khiển weight | Khoảng 3 kg mỗi chốt |
| Khoảng cách rõ ràng thực tế | 6 m đến hơn 90 m với các trụ trung gian để chạy dài hơn |
Bởi vì mỗi tấm có trọng lượng dưới 350 kg nên một đội gồm bốn đến sáu người có thể nâng và ghim một tấm bằng tay, đây chính xác là điều khiến định dạng này trở nên thiết thực đối với những địa điểm mà cần cẩu di động không thể tiếp cận. Các mảnh sàn và thanh ngang nặng hơn thường được cuộn vào vị trí trên các con lăn tạm thời thay vì được vận chuyển.
Ưu điểm lớn nhất của hệ thống giàn bailey là khả năng chịu tải là vấn đề của khối xây dựng chứ không phải là vấn đề thiết kế lại. Thay vì thiết kế một cây cầu mới cho mỗi nhịp và tải trọng trục, cùng một bảng điều khiển được lặp lại theo các kết hợp hàng và tầng khác nhau.
| Cấu hình | Hàng x Câu chuyện | Phù hợp điển hình |
|---|---|---|
| SS | 1x1 | Cầu đi bộ, trang trại và đường giao thông tiện ích nhẹ |
| DS | 2x1 | Xe hạng nhẹ Đường nông thôn |
| TS | 3x1 | Các đoạn đường cao tốc một làn có nhịp trung bình |
| DD | 2 x 2 | Khoảng cách dài hơn với lưu lượng xe hạng nặng vừa phải |
| TD | 3 x 2 | Nhịp dài, tải đường cao tốc đầy đủ, các tuyến đường vận chuyển khai thác |
Việc lựa chọn giữa các cấu hình này dựa trên hai con số: nhịp rõ ràng mà địa điểm cần và tải trọng thiết kế của phương tiện hoặc đường ray mà cây cầu phải chịu. Theo mô hình chung, việc tăng gấp đôi số hàng giàn sẽ tăng gần gấp đôi khả năng uốn, trong khi việc thêm tầng thứ hai chủ yếu giúp kéo dài nhịp hơn khi độ võng chứ không phải cường độ thô trở thành yếu tố hạn chế.
Hầu hết các cầu giàn Bailey được xây dựng ngày nay đều được thiết kế theo các mô hình tải trọng đường cao tốc tiêu chuẩn như HS-20, HL-93 hoặc các trường hợp tải trọng xe nặng tương đương và việc lựa chọn cấu hình là yếu tố cho phép một loại bảng điều khiển có thể đáp ứng được nhiều kết quả như vậy. Cấu hình đơn-đơn thường phù hợp với các nhịp lên đến khoảng 30 mét với lưu lượng giao thông thấp, trong khi bố cục hai-đôi hoặc ba-đôi được gia cố bằng hợp âm có thể đẩy các nhịp có thể sử dụng vượt quá 60 mét trong khi vẫn chịu tải đầy đủ trên đường cao tốc.
Phạm vi tải được báo cáo giữa các nhà cung cấp hiện tại thường nằm trong khoảng 30 và 70 tấn tùy thuộc vào cấu hình, nhịp độ và số lượng câu chuyện, theo tài liệu sản phẩm của nhà sản xuất. Hai quy tắc thực tế luôn xuất hiện trong các tài liệu lập kế hoạch dự án:
Đối với các cầu vượt nhiều nhịp, các trụ trung gian được thêm vào một cách đơn giản theo các khoảng chiều dài, có nghĩa là về nguyên tắc, bố trí giàn bailey có thể được kéo dài vô thời hạn miễn là khoảng cách các trụ và điều kiện đất cho phép. Các nhóm lập kế hoạch thường xác nhận ba yếu tố đầu vào trước khi hoàn thiện cấu hình: trọng lượng xe thiết kế và khoảng cách trục, nhịp rõ ràng mà cầu vượt yêu cầu và khả năng chịu lực của mặt đất dành cho mố hoặc trụ trung gian.
Hai chi tiết kỹ thuật tách biệt một dự án giàn Bailey được quy hoạch tốt với một dự án được quy hoạch kém: kiểm soát độ võng và độ khum trước. Khi chiều dài nhịp tăng lên, giàn dưới tải trọng chuyển động sẽ bị lệch nhiều hơn ngay cả khi nó đủ chắc chắn về mặt kỹ thuật để mang trọng lượng và độ lệch quá mức sẽ tạo ra chuyển động gồ ghề và mỏi lâu dài ở các kết nối chốt.
Để bù đắp điều này, các nhịp dài hơn thường được xây dựng với một độ khum trước nhỏ hướng lên trên, nghĩa là giàn không tải nằm ở giữa cao hơn một chút so với ở cuối, để khi chịu tải trọng giao thông tối đa, nó sẽ ổn định ở mức bằng phẳng, hình dáng thoải mái thay vì bị võng rõ ràng. Các nhóm công trường cũng kiểm tra ba chi tiết hỗ trợ trước khi mở đường ngang:
Các dây và trụ thường được cuộn từ thép hợp kim thấp có độ bền kéo cao, với các chốt của bảng được rèn từ thép hợp kim như 30CrMnTi để chống mài mòn tại các điểm kết nối. Bởi vì giàn bailey dự kiến sẽ đặt ở ngoài trời, thường gần nước nên việc bảo vệ chống ăn mòn không phải là vấn đề cần cân nhắc mà là một phần của thông số kỹ thuật cơ bản.
Hai phương pháp phủ chiếm ưu thế trong sản xuất hiện nay. Mạ kẽm nhúng nóng ăn mòn với tốc độ khoảng 1/30 so với thép trần trong cùng một môi trường và được ghi nhận rộng rãi là mang lại tuổi thọ sử dụng không cần bảo trì trong nhiều thập kỷ cho các kết cấu thép ngoài trời. Giải pháp thay thế là hệ thống sơn lót giàu kẽm vô cơ, mang lại khả năng bảo vệ mạnh mẽ với trọng lượng vận chuyển thấp hơn nhưng thường cần chu kỳ sơn lại sớm hơn so với lớp phủ nhúng nóng toàn bộ. Các chốt và ốc vít nhỏ hơn hầu như luôn được mạ kẽm riêng biệt, vì tiết diện nhỏ của chúng khiến chúng trở thành bộ phận dễ bị ăn mòn nhất nếu không được phủ.
Đối với các môi trường có muối làm tan băng ven biển, biển hoặc nhiều, thông số kỹ thuật của dự án ngày càng yêu cầu hệ thống song công, nghĩa là lớp nền mạ kẽm được phủ một lớp sơn tương thích, vì việc tiếp xúc với muối làm tăng tốc độ tiêu thụ kẽm nhanh hơn đáng kể so với khu vực nội địa thông thường.
| Lớp phủ | Môi trường phù hợp nhất | Tuổi thọ dịch vụ tương đối |
|---|---|---|
| Mạ kẽm nhúng nóng | Độ ẩm chung ngoài trời, trong đất liền và vừa phải | Lâu dài, thường là hàng thập kỷ trước khi bảo trì lần đầu |
| Sơn lót giàu kẽm | Nhiệm vụ nhẹ hơn, các dự án nhạy cảm về chi phí | Trung bình, chu kỳ sơn lại cần sớm hơn |
| Duplex (mạ kẽm cộng với sơn) | Vùng ven biển, biển, tiếp xúc với muối nặng | Dài nhất, kết hợp cả hai cơ chế bảo vệ |
Trình tự khởi động là lý do khác khiến hệ thống này vẫn phổ biến cho công việc khẩn cấp và ở địa điểm từ xa: nó không phụ thuộc vào cần cẩu hạng nặng đến điểm giao nhau.
Bởi vì mỗi tấm ván có trọng lượng dưới 350 kg và mọi kết nối đều là chốt chứ không phải mối hàn, nên một đội đã được đào tạo có thể dựng một cây cầu giàn có nhịp vừa phải trong vài ngày bằng cách sử dụng dụng cụ cầm tay và một cần cẩu hỗ trợ nhỏ cho các bộ phận của boong, thay vì phải mất hàng tuần để vượt qua bê tông đúc.
Mặc dù định dạng giàn bailey ban đầu được xây dựng để sử dụng tạm thời cho quân sự, nhưng các công trình lắp đặt được bảo trì đúng cách thường xuyên hoạt động trong vài thập kỷ, kể cả trên các tuyến đường công cộng có phương tiện giao thông thường xuyên. Các nghiên cứu thực địa về các bộ phận cầu thép mạ kẽm nhúng nóng đã ghi nhận các kết cấu phần lớn không cần bảo trì trong 50 năm trở lên trong môi trường nội địa điển hình.
| Kiểm tra | Tần số | Những gì cần tìm |
|---|---|---|
| Độ chặt của chốt và bu lông | Sau mùa đầu tiên, sau đó hàng năm | Chơi hoặc chuyển động ở các khớp bảng điều khiển |
| Lớp phủ condition | Hàng năm | Vết trầy xước, kim loại trần hoặc rỉ sét |
| Đường thoát nước | Theo mùa | Nước đọng chống lại hợp âm dưới |
| Chốt boong | Hàng năm | Tấm cờ caro bị lỏng hoặc bàn cờ gỗ bị mòn |
Không có nhiệm vụ nào trong số này yêu cầu các tổ chức chứng nhận chuyên môn hoặc thiết bị hạng nặng giúp duy trì chi phí vòng đời thấp so với cấu trúc cố định có nhịp tương tự.
Tính kinh tế của một dự án giàn Bailey hiếm khi chỉ tính đến trọng tải thép. Ba yếu tố thường quyết định liệu một cây cầu ván hay một công trình cố định có ý nghĩa hơn đối với một lối qua nhất định:
Đối với các nút giao thực sự cố định và nằm ở trung tâm, kết cấu cố định thường mang lại lợi ích nhờ tính đơn giản trong việc bảo trì lâu dài. Đối với bất cứ điều gì tạm thời, xa xôi hoặc có thể thay đổi mô hình giao thông, khả năng di dời giàn bailey sau này thường là yếu tố quyết định hơn là chi phí vật liệu trả trước.
Danh sách ứng dụng đã phát triển vượt xa vai trò quân sự ban đầu của hệ thống. Sử dụng phổ biến hiện nay bao gồm:
Phạm vi sử dụng này chính là lý do tại sao kho tấm panel, thay vì thiết kế cầu cố định đơn lẻ, đã trở thành cách tiêu chuẩn mà các nhà cung cấp nghĩ về dòng sản phẩm giàn Bailey: cùng một kho hàng phục vụ đường nông trại một tháng và đường vòng tiếp theo.
Giàn là kết cấu bảng tam giác chịu tải; Cây cầu bailey hoàn chỉnh còn bao gồm các kết nối mặt cầu, cột ngang, giằng và mố được xây dựng từ giàn đó.
Bố trí nhịp đơn thường đạt 30 đến 60 mét tùy theo cấu hình, với bố trí hàng đôi hoặc ba hàng được gia cố bằng hợp âm có thể vượt quá phạm vi đó trước khi cần đến trụ trung gian.
Đúng. Việc thêm hàng, câu chuyện bổ sung hoặc cốt thép hợp âm sẽ tăng công suất và cấu hình được xếp hạng cho các mẫu tải đường cao tốc tiêu chuẩn như HS-20 hoặc HL-93 là phổ biến trong thông số kỹ thuật hiện tại của nhà sản xuất.
Các tấm được chế tạo theo cùng khoảng cách chốt tiêu chuẩn và kiểu lỗ, chẳng hạn như hình học loại 321 được sử dụng rộng rãi, thường có thể hoán đổi cho nhau, đó là lý do tại sao nhiều đội xe cho thuê trộn lẫn hàng hóa từ các đợt sản xuất khác nhau.
Với các bộ phận mạ kẽm nhúng nóng và bảo trì cơ bản, dịch vụ đã được thực hiện trong nhiều thập kỷ và một số hệ thống lắp đặt đã được ghi nhận là hầu như không cần bảo trì trong hơn 50 năm.
Nó cần các điểm chịu lực ổn định, bằng phẳng trên mỗi bờ thay vì một nền móng đầy đủ, đó là lý do chính khiến nó có thể được triển khai nhanh hơn nhiều so với cấu trúc đúc tại chỗ.
Có, đây là một trong những lợi thế cốt lõi của định dạng này. Các tấm được ghim thay vì hàn, do đó, một giàn hoàn chỉnh có thể được tháo rời và lắp đặt lại ở một chiều dài nhịp hoặc vị trí khác bằng cách sử dụng cùng một vật liệu.
Niềng răng lắc lư hoặc kết nối chốt lỏng lẻo là nguyên nhân phổ biến nhất. Việc vặn lại giằng và xác nhận sự ăn khớp hoàn toàn của chốt thường giải quyết được chuyển động đáng chú ý.
Cầu ván đã được sử dụng cho các điểm giao cắt đường sắt tạm thời, mặc dù các chi tiết về cấu hình, sàn và ổ đỡ khác với việc lắp đặt đường bộ và được thiết kế riêng cho tải trọng đường sắt.
Một đội thông thường gồm sáu đến mười người có thể dựng một nhịp vừa phải bằng dụng cụ cầm tay, vì các tấm riêng lẻ nặng dưới 350 kg và các kết nối được ghim thay vì hàn.