Swiss engineer Robert Maillart built some of the greatest bridges of the 20th century. His designs elegantly solved a basic engineering problem: how to support enormous weights using a slender arch.
Kĩ sư người Thuỵ Sĩ Robert Maillart đã xây một vài trong số những cây cầu tuyệt vời nhất của thế kỉ 20. Những thiết kế của ông ấy một cách tao nhã đã giải quyển một vấn đề kĩ thuật cơ bản: Làm thế nào để đỡ một trọng lượng khổng lồ sử dụng một mái vòm mỏng manh
A Just as railway bridges were the great structural symbols of the 19th century, highway bridges became the engineering emblems of the 20th century. The invention of the automobile created an irresistible demand for paved roads and vehicular bridges throughout the developed world.
The type of bridge needed for cars and trucks, however, is fundamentally different from that needed for locomotives. Most highway bridges carry lighter loads than railway bridges do, and their roadways can be sharply curved or steeply sloping.
To meet these needs, many turn-of-the-century bridge designers began working with a new building material: reinforced concrete, which has steel bars embedded in it. And the master of this new material was Swiss structural engineer, Robert Maillart.
B Early in his career, Maillart developed a unique method for designing bridges, buildings and other concrete structures. He rejected the complex mathematical analysis of loads and stresses that was being enthusiastically adopted by most of his contemporaries.
At the same time, he also eschewed the decorative approach taken by many bridge builders of his time. He resisted imitating architectural styles and adding design elements solely for ornamentation. Maillart’s method was a form of creative intuition.
He had a knack for conceiving new shapes to solve classic engineering problems, And because he worked in a highly competitive field, one of his goals was economy – he won design and construction contracts because his structures were reasonably priced, often less costly than all his rivals’ proposals
C Maillart’s first important bridge was built in the small Swiss town of Zuoz. The local officials had initially wanted a steel bridge to span the 30-metre wide Inn River, but Maillart argued that he could build a more elegant bridge made of reinforced concrete for about the same cost.
His crucial innovation was incorporating the bridge’s arch and roadway into a form called the hollow-box arch, which would substantially reduce the bridge’s expense by minimising the amount of concrete needed. In a conventional arch bridge, the weight of the roadway is transferred by columns to the arch, which must be relatively thick.
In Maillart’s design, though, the roadway and arch were connected by three vertical walls, forming two hollow boxes running under the roadway (see diagram). The big advantage of this design was that because the arch would not have to bear the load alone, it could be much thinner – as little as one-third as thick as the arch in the conventional bridge.
D His first masterpiece, however, was the 1905 Tavanasa Bridge over the Rhine river in the Swiss Alps. In this design, Maillart removed the parts of the vertical walls which were not essential because they carried no load. This produced a slender, lighter-looking form, which perfectly met the bridge’s structural requirements.
But the Tavanasa Bridge gained little favourable publicity in Switzerland; on the contrary, it aroused strong aesthetic objections from public officials who were more comfortable with old-fashioned stone-faced bridges.
Maillart, who had founded his own construction firm in 1902, was unable to win any more bridge projects, so he shifted his focus to designing buildings, water tanks and other structures made of reinforced concrete and did not resume his work on concrete bridges until the early 1920s.
E His most important breakthrough during this period was the development of the deck-stiffened arch, the first example of which was the Flienglibach Bridge, built in 1923. An arch bridge is somewhat like an inverted cable.
A cable curves downward when a weight is hung from it, an arch bridge curves upward to support the roadway and the compression in the arch balances the dead load of the traffic. For aesthetic reasons, Maillart wanted a thinner arch and his solution was to connect the arch to the roadway with transverse walls.
In this way, Maillart justified making the arch as thin as he could reasonably build it. His analysis accurately predicted the behaviour of the bridge but the leading authorities of Swiss engineering would argue against his methods for the next quarter of a century.
F Over the next 10 years, Maillart concentrated on refining the visual appearance of the deck-stiffened arch. His best-known structure is the Salginatobel Bridge, completed in 1930. He won the competition for the contract because his design was the least expensive of the 19 submitted – the bridge and road were built for only 700,000 Swiss francs, equivalent to some $3.5 million today.
Salginatobel was also Maillart’s longest span, at 90 metres and it had the most dramatic setting of all his structures, vaulting 80 metres above the ravine of the Salgina brook. In 1991 it became the first concrete bridge to be designated an international historic landmark.
G Before his death in 1940, Maillart completed other remarkable bridges and continued to refine his designs. However, architects often recognised the high quality of Maillart’s structures before his fellow engineers did and in 1947 the architectural section of the Museum of Modern Art in New York City devoted a major exhibition entirely to his works.
In contrast, very few American structural engineers at that time had even heard of Maillart. In the following years, however, engineers realised that Maillart’s bridges were more than just aesthetically pleasing – they were technically unsurpassed.
Maillart’s hollow-box arch became the dominant design form for medium and long- span concrete bridges in the US. In Switzerland, professors finally began to teach Maillart’s ideas, which then influenced a new generation of designers
A. Cũng như cách mà những cây cầu đường ray là những biểu tượng về cấu trúc tuyệt vời của thế kỉ 19, những cây cầu cao tốc trở thành biểu tượng kĩ thuật của thế kỉ 20. Sự phát minh ra xe oto tạo ra một nhu cầu không cưỡng lại được cho việc tạo ra các con đường lát đá và những cây cầu dành cho xe cộ trên toàn thế giới.
Loại cầu dành cho xe oto và xe tải, tuy nhiên, lại khác biệt một cách cơ bản so với loại dành cho đầu tàu hoả. Hầu hết cách cây cầu cao tốc mang trọng lượng nhẹ hơn là câu cầu đường ray và những con đương có thể được uống cong mạnh hoặc là dốc cheo leo
Để đáp ứng được nhu cầu này , những nhà kiến thiết cầu ở cuối thế kỉ bắt đầu sử dụng một loại vật liệu xây dựng mới: bê tông gia cố, cái mà có những thanh thép được gắn vào nó. Và người làm ra vật liệu mới này là kỹ sư cấu trúc người Thuỵ sỹ: Robert Maillart.
Ngay buổi đầu sự nghiệp, Maillart đã phát triển một phương pháp đặc biệt cho việc kiến thiết những cây cầu, toà nhà hoặc những cấu trúc bê tông khác. Ông đã phản đối những phân tích toán học về trọng tải và sức căng về mặt toán học đầy phức tạp điều mà được vận dụng một cách hồ hởi bởi những người đương thời
Cùng lúc đó, ông còn bỏ qua những hướng tiếp cận mang tính trang trí bởi những người xây cầu cùng thời. Ông ấy phản đối việc bắt chước các phong cách kiến trúc và thêm các chất liệu thiết kế chỉ dành cho mục đích trang trí. Phương pháp của Mallalrt là một dạng trực quan sáng tạo.
Ông ấy đã thử hình dung ra những hình dạng mới để giải quyết vấn đề kĩ thuật cổ điển. Và bởi vì ông làm việc trong một lĩnh vực cạnh tranh cao, một trong những mục tiêu của ông ấy là kinh tế – ông đã thắng hợp đồng thiết kế và thi công bởi vì những cấu trúc của ông ấy có giá phải chăng hơn, thường ít đắt đỏ hơn so với các bản thảo của đối thủ.
Cây cầu quan trọng đầu tiên của Milliart được xây dựng trong một thị trấn Thuỵ sĩ nhỏ tên là Zuoz. Chính quyền địa phương ban đầu đã muốn một cây cầu thép nối dài con sông Inn rộng 30m, những Maillart đã phản biện rằng ông ấy có thể xâu dựng một cây cầu thanh tao hơn được làm từ bê tông cốt thép với chi phí như vậy
Sự đổi mới căn bản của ông ấy là hợp nhất vòm cầu với đường thành một dạng gọi là “vòm Hollow-box”, cái mà có thể làm giảm chi phí một cách mạnh mẽ bằng việc làm tối thiểu hoá lượng bê tông cần thiết. trong một cây cầu mái vòm truyền thống, trọng lượng mặt đường được chuyển giao bằng cột lên mái vòm, cái mà tương đối dày.
Ở thiết kế của Maillart, tuy nhiên, đường và mái vòm được kết nối qua ba bức tường thẳng đứng, tạo thành hai hình hộp rỗng chạy dọc phía dưới bề mặt đường. cái lợi thế lớn của thiết kế này là bởi vì vòm không cần phải chịu đựng sức nặng một mình, nên nó có thể mỏng hơn -chỉ bằng 1/3 so với cây cầu truyền thống.
Tuy nhiên, kiệt tác đầu tiên của ông ấy, là cây cầu Tavanasa năm 1905 vượt qua sông Rhine ở dãy vùng Swiss Alps. trong thiết kế này, Mailllart đã bỏ đi các phần của bức tường thẳng đứng cái mà không quan trọng bởi vì chúng không đỡ chút trọng lượng nào. điều này tạo ra một hình dạng mảnh khảnh, nhẹ nhàng hơn, điều mà đáp ứng các yêu cầu về kiến trúc của cầu một cách hoàn hảo
Nhưng cây cầu Tavanasa đã nhận được rất ít sự yêu thích của công chúng ở Thuỵ Sĩ; trái lại, nó khơi dậy một sự phản đối về mặt thẩm mỹ mạnh mẽ từ quan chức chính quyền những người mà hài lòng hơn với những cây cầu lát đá bề mặt lỗi thời.
Maillart, người đã thành lập nên công ty riêng của ông ấy năm 1902, không thể thắng được bất cứ dự án cầu đường nào nữa, vì vậy ông chuyển trọng tâm qua thiết kế các toà nhà, bể chứa nước và những công trình khác làm từ bê tông cốt thép và đã không trở lại công việc xây cầu bê tông cho đến đầu những năm 1920.
Đột phá quan trọng nhất trong cuộc đời ông ấy là sự phát triển mái vòm boong cứng, mà ví dụ đầu tiên là cây cầu Flienglibach, được xây dựng năm 1923. Một cây cầu mái vòm theo một thể thức nào đó giông nhưng một dây cáp ngược
Một dây cáp uống cong xuống dưới và một trọng lượng được treo lên nó, và cầu mái vòm uốn cong hướng lên trên để đỡ cho mặt đường và sức nén của mái vòm làm cân bằng sức nặng cố định của xe cộ. vì lí do về mặt thẩm mĩ, Maillart đã muốn một mái vòm mỏng hơn và giải pháp của ông ấy là kết nối mái vòm với đường bằng những bức tường nằm ngang.
Bằng cách này, Maillart đã thay đổi việc làm cho mái vòm mỏng đến mức có thể. Phân tích của ông ấy đã dự đoán một cách chính xác bản tính của cây cầu, nhưng những nhà kĩ thuật hàng đầu của thuỵ sĩ lại phản đối phương pháp của ông trong vòng 25 năm tiếp theo.
trong vòng 10 năm tiếp theo, Maillart tập trung vào việc khắc phục vóc dáng của mái vòm boong cứng. Cấu trúc được biết rộng rãi nhất của ông ấy là cây cầu Salginatobel , được hoàn thành năm 1930. Ông ấy đã thắng cuộc tranh hợp đồng vì thiết kế của ông là rẻ nhất trong 19 bản dự thi – câu cầu mà mặt đường được xây dựng hết 700 000 francs – tương đương với 3,5 triệu đô la ngày nay
Cầu Salginatobel cũng là cầu dài nhất của maillart, với 90m và nó có kết cấu mạnh mẽ nhất trong mọi kết cấu của ông ấy, mái vòm 80m bên trên khe núi Salgina Brook. Năm 1991 nó trở thành cây cầu bê tông đầu tiên được chỉ định là địa đanh quan trọng tầm cỡ quốc tế
trước khi mất năm 1940, Maillart đã hoàn thành những cây cầu tuyệt vời khác và tiếp tục tinh luyện bản thiết kế. Thuy nhiên các nhà kiến trúc sư thường nhận ra được chất lượng rất cao của những cấu truc của Maillart trước khi ông ra đi và năm 1947, gian dành cho kiến trúc của bảo tàng Mordern Art ở New York đã dành một lượng lớn sự triển lãm cho các công trình của ông
Trái lại, rất ít kĩ sư cấu trúc của Mĩ thời điểm đó từng nghe về Maillart. trong những năm sau đó, tuy nhiên, Các kĩ sư nhận ra được rằng những cây cầu của Mallart còn hơn cả sự thoả mãn về mặt thẩm mĩ – chúng gần nhưng không có đối thủ về mặt kĩ thuật
Mái vòm hollow-box của Maillart trở thành thiết kế chính từ những cây cầu bê tông hạng trung cho đến hạng dài Ở Mỹ. Ở Thuỵ Sĩ, các giáo sư bắt đầu giảng dạy các ý tưởng của Maillart, điều mà sau đó đã ảnh hưởng những nhà thiết kế thế hệ mới.
