Cầu là công trình xây dựng trên sông, hồ và đại dương để xe cộ và người đi bộ có thể di chuyển dễ dàng.

Khi ngành vận tải phát triển nhanh chóng, các cây cầu hiện được thiết kế để bắc qua các dòng suối trên núi, vượt qua địa hình khó khăn và đáp ứng nhiều nhu cầu vận tải đa dạng.

Khi phân loại cầu dựa trên cấu trúc của chúng, việc tập trung vào các đặc điểm cơ học là điều cần thiết để hiểu được các tính năng cơ bản của nhiều loại cầu khác nhau.

Phân loại này đóng vai trò là khía cạnh quan trọng trong nghiên cứu về kỹ thuật cầu. Các thành phần lực chính, cơ sở nền tảng, được chia thành năm loại: cầu dầm, cầu vòm, cầu khung thép, cầu dây văng và cầu treo.

1. Cầu dầm:

Dầm chính là thành phần chịu lực chính với đặc điểm lực tập trung vào độ uốn của dầm. Các vật liệu như bê tông cốt thép và bê tông ứng suất trước thường được sử dụng cho các cây cầu có nhịp nhỏ đến trung bình.

Cầu dầm được hỗ trợ phù hợp với nhịp cầu lên đến 20 mét, trong khi cầu dầm liên tục và dầm nhô ra có thể chịu được nhịp cầu 60-70 mét.

Ưu điểm bao gồm kết cấu bằng vật liệu có sẵn tại địa phương, kết cấu công nghiệp, độ bền, khả năng thích ứng và lý thuyết thiết kế hoàn thiện.

Tuy nhiên, kết cấu này có những hạn chế, chiếm một phần đáng kể trong tổng tải trọng thiết kế, do đó hạn chế khả năng vượt qua những khoảng cách lớn.

2. Cầu vòm:

Sườn vòm là thành phần chịu lực chính, chịu áp lực và lực đẩy ngang tại chân cầu. Các vật liệu như khối xây và bê tông cốt thép được sử dụng, với nhịp cầu từ hàng chục đến 300 mét.

Ưu điểm bao gồm khả năng vượt nhịp cầu lớn hơn, giảm sử dụng thép và xi măng, độ bền, thiết kế thẩm mỹ và kết cấu đơn giản hơn. Tuy nhiên, có những thách thức phát sinh trong yêu cầu về móng và chi phí tăng đối với cầu vòm liên tục nhiều lỗ.

3. Cầu khung thép:

Loại cầu này là kết cấu liên kết với các kết nối cứng giữa trụ và dầm chính, chia sẻ lực liên kết.

Các đặc điểm bao gồm kết nối cứng giữa trụ và dầm chính, giảm mô men uốn dương và cung cấp lực thẳng đứng trong khi chịu mô men uốn.

Bê tông cốt thép là vật liệu chính phù hợp cho các nhịp cầu nhỏ và vừa, đặc biệt là ở những khu vực cần khoảng cách lớn hơn dưới cầu.

Ưu điểm bao gồm kích thước bên ngoài nhỏ, tăng khoảng không bên dưới cầu, tầm nhìn rộng và giảm lượng bê tông sử dụng. Tuy nhiên, nhược điểm bao gồm chi phí móng cao hơn, khối lượng thép lớn hơn và lực bên trong thứ cấp trong các kết cấu siêu tĩnh.

4. Cầu dây văng:

Các thành phần chịu lực nổi bật bao gồm dầm, cáp và tháp, với các dây kéo dài từ tòa nhà đến trục để tăng khả năng hỗ trợ đàn hồi. Tải trọng truyền từ trụ đến dây và tháp. Các vật liệu chính là cáp thép ứng suất trước, bê tông và thép, làm cho nó phù hợp với các cây cầu vừa và lớn.

Ưu điểm bao gồm kích thước dầm nhỏ hơn, khả năng vượt nhịp tăng, độ ổn định gió tốt hơn cầu treo và kết cấu đơn giản hơn mà không cần trục neo trung tâm. Tuy nhiên, thách thức bao gồm tính toán phức tạp, kết cấu kết nối dây và dầm hoặc tháp phức tạp và yêu cầu làm việc ở độ cao có yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt.

5. Cầu treo:

Cáp chính đóng vai trò là bộ phận chịu tải chính, truyền tải tải trọng bên ngoài từ dầm qua thanh giằng đến cáp chính rồi đến đầu trục neo. Cáp thép ứng suất trước, bê tông và thép là những vật liệu chính phù hợp cho cầu lớn và siêu lớn.

Ưu điểm bao gồm phân phối lực đồng đều do cáp thép cường độ cao, tạo ra khả năng mở rộng đáng kể. Tuy nhiên, nhược điểm bao gồm độ bền thép tổng thể thấp, độ ổn định gió kém và cần có các thỏi neo lớn ở cả hai đầu, dẫn đến chi phí cao hơn và khó khăn hơn trong quá trình xây dựng.