Thiết kế cầu Mạnh Tân với kết cấu cầu dải lụa

(Xây dựng) – Đồ án “Thiết kế cầu Mạnh Tân” của sinh viên Đinh Văn Tú, trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã vinh dự đoạt giải Nhất Giải thưởng Loa Thành lần thứ 35. Đồ án được Hội đồng chuyên ngành đánh giá cao.

Sinh viên Đinh Văn Tú, trường Đại học Xây dựng Hà Nội.

Cảm hứng từ chiếc áo dài truyền thống

Theo tác giả, đồ án đem đến một thiết kế cầu với tên gọi là cầu Mạnh Tân. Đây là công trình bắc qua sông Bắc Hưng Hải của thành phố xanh Ecopark, thuộc địa phận huyện Văn Giang, tỉnh Hưng Yên. Cây cầu kết nối khu vực 1 và 2 của thành phố Ecopark, cư dân có thể dễ dàng di chuyển từ Rừng Cọ đến Aqua Bay mà không cần đi vòng qua cầu Bắc Hưng Hải hay đường liên tỉnh. Cầu Mạnh Tân cùng với cầu Bắc Hưng Hải, cầu Thủy Trúc, cầu Thủy Tiên… sẽ trở thành những tiện ích giao thông quan trọng, nâng tầm chất lượng cuộc sống của cư dân thành phố này.

Về kiến trúc, cây cầu Mạnh Tân được lấy ý tưởng từ dải lụa tà áo dài vắt ngang qua dòng sông xanh Bắc Hưng Hải. Áo dài vốn là trang phục truyền thống, nét văn hóa đặc trưng của dân tộc Việt Nam từ bao đời nay. Tà áo dài thường có 5 bộ phận chính là thân áo, nút áo, lớp lót, tay áo và cổ áo.

Cây cầu được thiết kế các tấm bê tông mảnh mai ghép lại với nhau thành một dải lụa như thân áo, xen kẽ tấm bê tông là các nút giúp liên kết chặt chẽ thành một kết cấu không thể tách rời. Trong khi đó, lớp lót thân áo bên trong được tạo nên từ bê tông cốt thép với kết cấu thanh mảnh vắt qua hai mố làm tăng thêm sự mềm mại, kín đáo. Tay áo chính là hệ thống lan can cầu được làm từ vật liệu không gỉ với những thanh thép mảnh mai được bố trí sát nhau, tạo ra sự an toàn tuyệt đối.

“Tên cầu Mạnh Tân mang nhiều ý nghĩa. Chữ "Mạnh" trong “mạnh mẽ” nói lên mong muốn thuận lợi, may mắn, sức khỏe và tài lộc. Ngày xưa, cha ông ta còn có cách gọi “Mạnh Hạ”, “Mạnh Xuân” thay vì lập xuân, lập hạ để mong muốn sự khởi đầu một mùa mưa thuận gió hòa cho một mùa bội thu. Chữ “Tân - tân thời, tân tạo” biểu thị tinh thần sáng tạo tính mới mẻ và duy nhất của cây cầu bộ hành này trên đất Việt Nam”, Tú cho biết.

Phối cảnh đồ án “Thiết kế cầu Mạnh Tân”.

Về giải pháp thiết kế, tác giả hướng đến kết cấu thân thiện với môi trường, đảm bảo tiêu chí của khu đô thị xanh. Các khối bê tông lớn được giảm thiểu ở khu vực công cộng dành cho cư dân.

Để thực hiện đồ án, sinh viên Đinh Văn Tú đã tìm hiểu các tiêu chuẩn, quy định dành riêng cho thiết kế cầu bộ hành của Mỹ, châu Âu cùng với TCVN 11823:2017 bộ Tiêu chuẩn quốc gia về Thiết kế cầu đường bộ.

Bên cạnh đó, Tú cũng đã tìm đến một dạng kết cấu cầu chưa từng được áp dụng ở Việt Nam, đó là kết cấu cầu dải lụa (Stress ribbon bridge). Các đặc điểm về cấu tạo, phân tích tính toán thiết kế và thi công của dạng kết cấu này đã được sinh viên nghiên cứu tìm hiểu, phân tích và đưa vào đồ án.

Kết cấu cầu có tính thẩm mỹ cao

Điều mà Tú tâm đắc nhất chính là đồ án đã đưa ra sự so sánh giữa kết cấu dải lụa với cầu treo dây võng - một phương án kết cấu cầu quen thuộc hay được sử dụng. Qua đó thấy rõ được ưu nhược điểm của dạng kết cấu mới này, góp phần tăng thêm sự sáng tạo, linh hoạt đối với kết cấu cầu đi bộ nói riêng và kết cấu cầu nói chung.

Phối cảnh trên mố cầu Mạnh Tân.

Kết cấu cầu dải lụa đã được áp dụng cho cầu bộ hành tại các nước như Mỹ, Pháp, Cộng hòa Séc, Nhật Bản… với những ưu điểm như khả năng vượt nhịp lớn, kết cấu thanh mảnh, tính thẩm mỹ cao, thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh, thân thiện với môi trường.

“Khi tìm hiểu, tôi gặp phải khó khăn khi tài liệu tham khảo tiếng Việt cho kết cấu cầu dải lụa là hoàn toàn không có. Tôi thường xuyên phải dùng google dịch và hỏi thầy hướng dẫn giải thích các bài toán cũng như các quy định của tiêu chuẩn bằng tiếng Anh.

Ngoài ra, trong phần thiết kế kỹ thuật, việc phân tích kết cấu bằng phần mềm chuyên dụng rất quan trọng. Đối với phân tích kết cấu cầu đường bộ thì phần tĩnh tải sẽ gây nguy hiểm cho công trình do kết cấu đồ sộ, không phải tải trọng động. Ngược lại, với cầu bộ hành có kết cấu thanh mảnh, khi có tải trọng động như con người hay gió sẽ khiến cho công trình nguy hiểm bởi sự rung lắc kết cấu. Điều này khiến cho người sử dụng lo ngại khi sử dụng công trình.

Đây là vấn đề mới và khó đối với tôi khi thực hiện mô hình bằng phần mềm Midas Civil để phân tích tải trọng trong giai đoạn thi công cũng như giai đoạn sử dụng, tính toán các mode tần số dao động cho kết cấu. Để có thể hoàn thành đồ án, tôi đã phải tìm kiếm nhiều tài liệu liên quan để tham khảo và nhận được sự chỉ bảo tận tình của thầy hướng dẫn”, Tú chia sẻ.

Thông qua Giải thưởng Loa Thành năm nay, sinh viên Đinh Văn Tú mong muốn truyền tải được những ưu điểm của kết cấu cầu dải lụa tới nhiều đơn vị, tổ chức, công ty, sinh viên các trường xây dựng, kiến trúc; sớm được áp dụng vào thực tế ở các công trình phù hợp tại Việt Nam.

Phối cảnh trên mặt cầu.

Theo Hội đồng chuyên ngành, đồ án của sinh viên Đinh Văn Tú đã tổng hợp và hệ thống được những kiến thức đã học, đưa vào áp dụng cho một loại kết cấu mới trong việc thiết kế cầu đi bộ. Đồ án đáp ứng mục tiêu đào tạo chuyên ngành, có chất lượng cao, khá hoàn thiện, không có sai sót đáng kể.

Đồng thời, sinh viên đã sử dụng phần mềm phân tích kết cấu Midas Civil sau khi tìm hiểu và nắm được kết cấu cầu dải lụa; so sánh khá đầy đủ đặc điểm thi công chế tạo với kết cấu treo dây võng để thực hiện bước tính toán thiết kế kỹ thuật. Đồ án được đánh giá đẹp, rõ ràng và có tính khả thi cao.