Hãy tìm hiểu thêm thông tin về công trình này trên internet (hoặc từ các nguồn khác)

Phần tư vấn giám sát bản vẽ và thi công, công ty mời kỹ sư Theodore Cooper, một nhà thiết kế và xây cầu nổi tiếng của Mỹ, đảm trách.. 4 đi ểm  Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng hư hỏng: Th

  

BÀI TẬP VỀ NHÀ 6

HƯ HỎNG VÀ SỬA CHỮA CÔNG TRÌNH

Giảng viên hướng dẫn: TS BÙI PHƯƠNG TRINH

Câu 1: Hãy tìm hiểu thêm thông tin về công trình này trên internet (hoặc từ các nguồn khác) và cho biết thời điểm công trình bắt đầu xây dựng, bị sụp đổ lần 1, thời điểm sửa và bị sụp đổ lần 2, và kèm trích dẫn minh chứng (3 điểm)

Cầu Quebec ở Canada bắc qua hạ lưu sông Saint Lawrence về phía Tây của Thành phố Quebec Cây cầu là sản phẩm trí tuệ của Công ty Cầu Québec (QBC), một doanh nghiệp địa phương Năm 1903, QBC giao cho Công ty Cầu Phụng Hoàng (PBC) của Mỹ thiết kế và thi công Phần tư vấn giám sát bản vẽ và thi công, công ty mời kỹ sư Theodore Cooper, một nhà thiết kế và xây cầu nổi tiếng của Mỹ, đảm trách Đặc điểm của vị trí xây cầu khiến cho việc thiết kế hết sức khó khăn Sông St Lawrence là đường thủy quan trọng hằng ngày có nhiều tàu biển lớn đi qua Bởi vậy chiều cao nhịp giữa phải đạt tối thiểu 45,72 m Chiếc cầu được thiết kế theo kỹ thuật tiên tiến nhất của đầu thế kỷ 20, theo đó nó có chiều dài tổng cộng 987 m, bề ngang rộng 29 m, nhịp giữa dài 195 m và toàn bộ nhịp cầu chính dài 550 m Vào lúc 5 giờ 32 ngày 29-8-1907, thảm họa xảy ra Trong vòng 15 giây, toàn bộ nhịp giữa đổ sập xuống sông kéo theo 86 công nhân đang làm việc trên cầu Tiếng động lớn đến nỗi cư dân sống chung quanh công trình 10 km tưởng lầm là động đất 76 người thiệt mạng, số còn lại bị thương Phải mất đến 2 năm, người ta mới dọn dẹp hết đống sắt thép chìm dưới sông Trong thời gian đó, ba kỹ sư Canada, Anh và Mỹ được giao trách nhiệm thiết kế và thi công một chiếc cầu mới tại địa điểm cầu cũ Chiếc cầu này vẫn cùng kiểu với cầu cũ nhưng bề thế hơn Công trình cầu mới bắt đầu từ năm 1913 và hoàn thành tháng 8-1919 với tổng chi phí 25 triệu USD Tuy nhiên, vận đen vẫn chưa chịu buông tha Ngày 11-9-1916, trong lúc thi công, nhịp cầu giữa lại rơi xuống sông trong lúc lắp ghép làm 13 công

Câu 2: Phân tích nguyên nhân đã dẫn đến hiện tượng hư hỏng nêu trên Trong tất cả các nguyên nhân dẫn đến hư hỏng trên thì nguyên nhân nào là chủ yếu và giải thích? (4 đi ểm)

 Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng hư hỏng:

Thẩm định sai đặc điểm của vị trí xây cầu khiến cho việc thiết kế hết sức khó

khăn Sông St Lawrence là đường thủy quan trọng hằng ngày có nhiều tàu biển lớn đi qua Bởi vậy chiều cao nhịp giữa phải đạt tối thiểu 45,72 m.

Cầu được thiết kế năm 1904, dài 987m, nhịp chính dài 549m, rộng 29m Sau khi thiết kế xong đã không tiến hành kiểm tra thiết kế một cách đầy đủ, hậu quả là trọng lượng của chính cây cầu vượt quá sức tải trọng của nó Đến khi cầu sắp hoàn tất vào mùa hè 1907 thì Norman McLure, chỉ huy toán giám sát địa phương, phát hiện các thành phần kết cấu chủ yếu của cầu đang bị biến dạng

McLure viết ngay báo cáo gửi kỹ sư giám sát trưởng Theodore Cooper Ông này trả lời rằng các vấn đề này không đáng kể McLure lại tiếp tục báo cáo Các viên chức Công ty xây dựng cầu Phoenix trả lời rằng đó không phải là biến dạng mà do các đà này đã được uốn cong sẵn như thế

Đến ngày 27-8, McLure phát hoảng vì các cây đà này cong quá rõ, bèn gọi giám sát trưởng Cooper đến quan sát thực địa Lần này, Cooper mới chịu nhìn nhận là nghiêm trọng và điện cho Công ty Phoenix yêu cầu ngưng gia trọng cây cầu Song, bức điện này đã không đến địa chỉ nơi nhận Chiều hôm đó, đoạn cầu phía nam cùng một phần nhịp cầu chính sập xuống sông St Lawrence chỉ trong 15 giây 76 trên tổng số 86 công nhân đang làm việc trên cầu chết, số còn lại bị thương

Hình 1 Nhịp cầu sập lần một*

Sau khi cầu Quebec bị sập, Chính Phủ đã tiếp quản việc thiết kế và xây dựng cây cầu mới Điều này cũng cung cấp hỗ trợ tài chính cho dự án Cây cầu thứ hai nặng hơn đáng kể hơn lần đầu tiên Diện tích mặt cắt ngang của bộ phận nén tới hạn cho cây cầu cũ là 543,000 mm2 (842 in 2), trong khi diện tích mặt cắt ngang của cây cầu mới là 1, 250,000 mm2 (1, 941 in 2) (Petroski 1995, trang 113; Middleton 2001, trang 116)

Nỗ lực thứ hai để xây cầu bắc qua con sông St Lawrence cũng gặp sự cố Dự án bị sụp đổ lần thứ hai vào năm 1916, khi một bộ phận đúc trong thiết bị nâng bị vỡ, khiến nhịp treo ở giữa rơi xuống nước khi nó đang được cẩu vào vị trí từ một sà lan 13 công nhân đã thiệt mạng trong vụ tai nạn này Nhịp cầu 50 MN (5.000 tấn) chìm xuống đáy sông bên cạnh đống đổ nát của cây cầu đầu tiên, hiện trường vụ sập vẫn còn đó cho đến ngày nay Cuối cùng, cây cầu thứ hai đã được hoàn thành vào năm 1917 và nặng gấp hai lần rưỡi so với chiếc đầu tiên (Tarkov 1986)

Hình 2: Nhịp cầu sập lần hai†

Thảm kịch kép này cho thấy quyền lực của các cá nhân (kỹ sư thiết kế, kỹ sư giám sát) trong một dự án cầu là lớn một cách khó hiểu Họ không thích Chính phủ can thiệp vào công việc của họ hay của công ty họ nên tự mình định đoạt tất cả, sửa sai hay không sửa sai, nhất là khi hoạt động theo từng nhóm độc lập ở từng lĩnh vực Quyền lực gác bỏ ngoài tai của giám sát trưởng Cooper trên giám sát địa phương McLure là quá lớn

 Tóm lại các nguyên nhân dẫn đến hư hỏng trên là:

Thẩm định sai đặc điểm của vị trí xây cầu khiến cho việc thiết kế hết sức khó khăn

Công ty PBC coi trọng lợi nhuận hơn an toàn lao động Việc Công ty Đường

sắt và Cầu Quebec không bổ nhiệm một kỹ sư cầu có kinh nghiệm vào vị trí kỹ sư trưởng là một sai lầm Điều này dẫn đến sự giám sát lỏng lẻo và kém hiệu quả đối với tất cả các bộ phận của công việc‡

† https://peimpact.com/the-bridge-that-collapsed-twice/

‡ Pearson, Cynthia, and Norbert Delatte "Collapse of the Quebec bridge, 1907." Journal of

performance of constructed facilities 20.1 (2006): 84-91.

Kỹ sư trưởng John Deans đã thẩm định sai tình hình cho nên vẫn tiếp tục cho

thi công bất chấp nguy cơ rành rành xảy ra thảm họa

Giám sát trưởng Cooper đã phạm những sai lầm to lớn trong việc tư vấn giám sát

“Sự sụp đổ của Cầu Quebec là do sự hư hỏng của dàn cánh dưới trong cánh tay neo gần cầu tàu chính Sự hư hỏng của những dàn này là do thiết kế bị lỗi”

Các thông số kỹ thuật cho việc xây cầu chưa thỏa mãn và thiết kế của cầu đã được chấp nhận mà không bị phản đối bởi tất cả những người có liên quan

Ngoài ra, lỗi nghiêm trọng đã xảy ra trong việc giả định tĩnh tải tính toán ở một giá trị quá thấp và sau đó không sửa đổi giả định này, hậu quả là trọng lượng của chính cây cầu vượt quá sức chịu tải của nó Lỗi này đủ lớn để yêu cầu tạm ngưng dự án xây cầu, ngay cả khi chi tiết của các dàn cánh dưới đã đủ mạnh, bởi vì nếu cây cầu đã được hoàn thành như thiết kế, ứng suất thực tế sẽ lớn hơn đáng kể so với thông số kỹ thuật được cho phép.§

 Nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng trên:

Phần tư vấn giám sát bản vẽ và thi công, công ty mời kỹ sư Theodore Cooper, một nhà thiết kế và xây cầu nổi tiếng của Mỹ, đảm trách

Cuối năm 1903, kỹ sư thiết kế P.L Szlapaka của Công ty PBC giao cho QBC bản vẽ ban đầu Bảy tháng sau, Cooper mới phê chuẩn bản vẽ lần cuối cùng tuy vẫn còn băn khoăn một điểm: Trọng lượng của toàn bộ cấu trúc cầu vượt quá 3.600 tấn so với lực chịu tải Ông có hai lựa chọn: Hoặc bác bỏ bản vẽ bắt làm lại hoặc chấp nhận rủi ro với hy vọng sẽ không có việc gì xảy ra Trong suy nghĩ của ông

Đến khi cầu sắp hoàn tất vào mùa hè 1907 thì Norman McLure, chỉ huy toán giám sát địa phương, phát hiện các thành phần kết cấu chủ yếu của cầu đang bị biến dạng McLure viết ngay báo cáo gửi kỹ sư giám sát trưởng Theodore Cooper Ông trả lời rằng các vấn đề này không đáng kể

Cũng chính vì sự chủ quan và sự tự tin của bản thân giám sát trưởng Theodore Cooper là nguyên nhân chính gây nên hư hỏng nghiêm trọng trên Dù đã biết cây cầu không đủ khả năng chịu lực nhưng ông không kiểm tra kĩ lưỡng lại bản thiết kế trước khi phê duyệt lần cuối Bên cạnh đó trong quá trình thi công mặc dù đã được báo cáo là có hiện tượng cong vênh dầm cầu nhưng ông vẫn quả quyết là do bản thiết kế như vậy không chịu giám sát sửa chữa gây ra hậu quả là nhịp cầu sập 2 lần

Câu 3: Theo các bạn, có thể tránh được hư hỏng trên hay không? Nếu có khả năng tránh được, hãy nêu các giải pháp phòng tránh (3 điểm)

 Theo nhóm của em những hư hỏng trên có thể phòng tránh được

Vì nguyên nhân gây hư hỏng của cây cầu Quebec đã số là lỗi do chủ quan và thiếu tránh nhiễm của kỹ sư giám sát và thiết kế

 Chúng ta có thể đưa ra một vài giải pháp phòng tránh các hư hỏng trên:

+ Cần phải có nhiều bên cùng nhau thẩm định, kiểm tra đặc điểm của vị trí xây

cầu một cách trực quan và chính sát để việc thiết kế hết có thể đúng nhất có thể vì Sông St Lawrence là đường thủy quan trọng hằng ngày có nhiều tàu biển lớn đi qua Bởi vậy chiều cao nhịp giữa phải đạt tối thiểu 45,72 m cần phải có bản thiết kế đúng với thực tế để không xảy sai sót

+ Sau khi thiết kể phải có bộ phận có kinh nghiệm kiểm tra chi tiết bản thiết kế một cách đầy đủ và chính xác nhất Và cần mô phỏng bằng mô hình thực tế

+ Cần phải tổ chức phân chia nhiệm vụ và quyền quản lý rõ ràng và giám sát lẫn nhau để không có những xảy ra trường hợp một người quyết định toàn bộ Để sai lầm của một người dẫn đến hậu quả nghiêm trọng

Câu 4: Bonus (+1 đi ểm): Nhóm có ý ki ến gì về hư hỏng trên không? (bất cứ ý kiến gì)

- Sự cố của cầu Québec do nguyên nhân chủ quan của tư vấn giám sát Theodore Cooper, nhà thầu thiết kế thi công Công ty Cầu Phụng Hoàng (PBC) của Mỹ Khi phát hiện thiết kế có một điểm bất thường là trọng lượng của toàn bộ cấu trúc cầu vượt quá 3.600 tấn so với lực chịu tải Ông có hai lựa chọn: Hoặc bác bỏ bản vẽ bắt làm lại hoặc chấp nhận rủi ro với hy vọng sẽ không có việc gì xảy ra Trong suy nghĩ của ông Cooper, sai số 3.600 tấn nằm trong giới hạn cho phép Vì coi trọng lợi nhuận hơn an toàn lao động, nên ông quyết định cho phép tiếp tục việc thi công

- Tiếp theo đó, trong quá trình thi công kỹ sư giám sát công trình đã báo cáo nhiều lần về việc lệch tâm lớn và có hiện tượng oằn giữa hai khúc dầm nhưng Cooper đều cho rằng vấn đề đó “không nghiêm trọng”

 Từ những phân tích trên, nhóm có ý kiến là nguyên nhân chính ngay từ giai đoạn thiết kế bị sai, nếu như khắc phục và thiết kế lại ngay lúc này thì sự cố trên có lẽ sẽ không xảy ra Và trong quá trình thi công, nếu có dấu hiệu bất thường phải dừng thi công và khắc phục sữa chữa ngay thì có lẽ sẽ không có sự cố sập cầu Québec lịch sử

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Pearson, Cynthia, and Norbert Delatte "Collapse of the Quebec bridge, 1907." Journal of performance of constructed facilities 20.1 (2006): 84-91

[2] Middleton, W D (2001) Bridge at Quebec, Indiana University Press, Ind