PDA

View Full Version : Người đặt nền tảng lý thuyết thiết kế cầu dây Việt Nam



QTDo
10/12/08, 07:34 AM
(Dân trí)- Là một trong số ít Tiến sĩ đầu tiên của ĐH Bách khoa Hà Nội, Nguyễn Văn Hường được Bộ GTVT tin cậy giao cho thiết kế, thi công các kiểu cầu dây dễ làm, địch khó đánh trúng. Ông và đồng nghiệp đã thành công, tạo nên những chiếc cầu kỳ diệu trong kháng chiến...

Kỳ I: Giải bài toán chưa ai từng giải

Đề tài lớn từ một mẩu tin nhỏ

Tốt nghiệp tiến sĩ trước thời hạn nửa năm, từ Liên Xô, Nguyễn Văn Hường về tới Hà Nội, và ngay lập tức viết đơn xin trở lại miền Nam nơi anh từng công tác những năm đầu kháng chiến chống Pháp. Nhưng rồi anh được phân công về trường cũ: Đại học Bách khoa Hà Nội. Phải nghiên cứu đề tài gì đây để thiết thực góp phần vào cuộc chiến đấu "nước sôi lửa bỏng"của cả dân tộc?

Anh Hường đến "gõ cửa" Bộ Giao thông - Vận tải, "xin việc". Lãnh đạo Bộ liền mời anh tham gia Ban Nghiên cứu các biện pháp vượt sông.

Mỹ cố băm nát các tuyến đường chiến lược của ta. Bến sông bị đánh đêm ngày. Thoáng thấy một dấu hiệu nhỏ tỏ ra ta định chữa cầu (một đống cát, vài bao xi-măng, dăm ba cái rầm sắt...) là chúng xoá ngay! Phải tìm được một loại cầu gì mà máy bay khó phát hiện, khó đánh trúng, dễ thi công, dễ tháo lắp để giúp ô-tô ta vượt sông, vượt suối trong mùa lũ. Cầu phao ư? Dễ bị nước cuốn trôi! Thế còn ngầm1? Khi nước dâng đột ngột, xe dễ bị ngập chìm giữa suối. Cầu treo mặt cứng không thể che mắt địch, dễ bị đánh sập cả trụ cầu lẫn mặt cầu. Vả chăng, thi công cầu treo quá phức tạp, trong hoà bình mới làm nổi.

Chỉ còn cách dùng hai hoặc nhiều sợi cáp để làm cầu dây? Một ý tưởng rất hay! Anh em bên Cục Nghiên cứu Kỹ thuật Quân đội ta là những người đầu tiên đề xuất ý tưởng ấy. Nhưng, biết tìm đâu ra bản vẽ thiết kế cũng như cách tính toán cụ thể? Tạp chí Kỹ thuật và trang bị của Quân đội Liên Xô chỉ đăng một mấu tin ngắn về cầu dây, một biện pháp vượt sông mà quân đội Anh từng dùng trong vùng rừng núi Malaysia, khi hành quân đánh du kích địa phương.

Phối hợp với các cán bộ kỹ thuật của Bộ Giao thông - Vận tải, các kỹ sư công binh bắt đầu làm thực nghiệm một kiểu cầu dây hai sợi cáp trên sông Nhuệ, Hà Nội. Kết cấu cầu rất đơn giản, chỉ gồm hai mố neo giữ cáp ở hai bờ sông và hệ thống tăng-đơ để điều chỉnh độ võng, cân bằng hai sợi cáp. Cách tính lúc đó chỉ dựa vào những bài toán sức bền vật liệu của dây cáp, chứ chưa nghĩ tới cũng như chưa tính được sự ổn định của vật nặng trên dây đàn hồi. Vì thế, đã xảy ra sự cố lật ô-tô của thượng uý lái xe thực nghiệm Nguyễn Trọng Quyến. May mà nước sông Nhuệ hôm đó lớn, xe lại lật giữa sông, gần mặt nước, nên anh Quyến thoát chết.

Sau đó, các cán bộ kỹ thuật quân đội chuyển sang thực nghiệm khá thành công phà treo tự hành...

TS Nguyễn Văn Hường khiêm tốn học hỏi những kinh nghiệm thành công cũng như chưa thành công của những người đi trước.

Dám đương đầu với cái mới

Bảo đảm an toàn cho xe khi lăn bánh trên dây đàn hồi là vấn đề vô cùng nan giải! Cứ tăng tải trọng đến một mức nhất định, là xe bắt đầu nghiêng ngả như người say rượu, chao đảo, rồi lật nhào xuống sông!

Rất nhiều ý kiến âm ỉ từ lâu bỗng bùng lên gay gắt:

- Tôi cho là xe lật vì mố neo giữ ở hai bờ để tuột dây.

- Khẩu độ vượt bằng dây chỉ hữu hạn thôi, không thể dài quá được!

Và đây là ý kiến của một nhà chuyên môn dày kinh nghiệm. Ông nói chậm, rõ, hoàn toàn tự tin:

- Tôi thấy không ít đồng chí đã vi phạm một nguyên tắc kỹ thuật lớn. Mọi phương pháp từ trước đến nay trên thế giới về chuyển tải bằng dây đều phải treo tải trọng dưới dây. Trong khi đó, những đồng chí này lại đặt trọng tâm của vật nặng cao hơn dây. - Ông nhấn mạnh những từ quan trọng và khẽ nhún vai, nói tiếp: - Thật là một sự "sáng tạo" kỳ quặc!

Anh Hường lắng nghe tất cả. Phải làm cho rõ nguyên nhân xe lật. Mố neo giữ có để tuột dây không? Kết quả kiểm tra bằng máy cho biết là không! Vậy thì nguyên nhân chính gây ra sự mất ồn định ở đây chỉ có thể là tính đàn hồi của dây.



Bộ Giao thông - Vận tải tin tưởng giao cho TS Nguyễn Văn Hường chọn phương pháp tính toán về dây và mố neo giữ ở hai bờ, đồng thời, hướng dẫn thiết kế những kiểu cầu dây an toàn hơn.

Cái mắc trong việc thiết kế ở đây là dùng dây thay cho rầm cứng, nên không thể dùng định luật cộng tác dụng của lực trong khi tính toán. Tính toán kết cấu mà không được dùng định luật này, thì cũng chẳng khác nào ăn cơm mà không được cầm đũa!

Đúng, ta cho xe chạy trên dây là một việc làm hiếm có trong lịch sử chuyển tải bằng dây. Nhưng, công tác cách mạng đòi hỏi phải có biện pháp cách mạng mới đáp ứng nổi.

Tình toán sự ổn định của vật nặng trên dây đàn hồi là một việc mới, cho nên chưa có tác giả nào ở trong nước hay nước ngoài đề cập đến. Sau nhiều lần mò mẫm, anh Hường lập được những phương trình tính tải trọng tới hạn về sự ổn định của dây, có thể áp dụng cho mọi loại tải trọng đặt trên mọi loại dây đàn hồi, ở mọi khẩu độ.

Đặt sinh mạng mình vào cuộc thử nghiệm

Cầu dây - do TS Nguyễn Văn Hường thiết kế - lúc mới đầu được cấu tạo rất đơn giản, chỉ gồm hai mố neo giữ cáp và hai sợi cáp.

Một anh lái xe trẻ, có kinh nghiệm xung phong nhận. Xe nổ máy. TS Hường nhảy lên ca-bin, ngồi cùng anh lái. Cửa ca-bin hé mở sẵn. Bánh xe được vít thêm một vành sắt giữ cho khỏi trật cáp. Xe từ từ lăn bánh lên cầu. Bánh bập vào cáp, siết két... két..., nghe rít lên dễ sợ. Cáp võng...

Qua tấm kính buồng lái, khi sang sông, từ trước đến giờ, người lái xe lúc nào cũng nhìn thấy một mặt cầu dù là đổ bê-tông hay tráng nhựa, lát ván hay lát tấm kim loại. Xe qua cầu chạy dưới giàn sắt, hay ít ra cũng chạy giữa hai hàng tay vịn. Anh lái yên tâm, xe không thể nào trượt bánh xuống sông!

Thế mà giờ đây, trước mặt anh, chỉ có hai sợi cáp đen mờ, chơi vơi lơ lửng giữa không trung, cách mặt nước hàng chục mét!

Xe đung đưa. Ngồi trong ca-bin mà như ngồi trên con thuyền cưỡi sóng lớn.

- Chà chà, nguy hiểm quá!

- Trông thì tưởng là nguy hiểm...

- Anh đánh cuộc với tôi là không việc gì nảo?

- Một bao "Điện Biên" nhé?

- Không! Một tút cơ!...

Các vị lãnh đạo Bộ, các cán bộ kỹ thuật, lái xe, công nhân cầu đường đứng chật hai bờ sông Nhuệ, nín thở. Chiếc xe tải chầm chậm lăn bánh vào bờ. Thở phào! Nhiều người xúm quanh buồng lái. Cánh lái xe sấn vào gần nhất.

- Tránh ra nào! - Anh lái xe trẻ vừa qua cầu dây, cười hì hì. - Gớm! Cứ như Gagarin từ vũ trụ trở về...

- Xong rồi chứ? Xuống uống với anh em chén nước nào!

- Ồ, chưa. Tớ còn muốn vòng xe lại, qua cầu một lần nữa.

Sau đó, nhiều anh lái đua nhau thử tay nghề trên cầu dây. Không có điều gì đáng tiếc xảy ra. Kể cả một anh lái mới cầm vô-lăng mới được có... bảy ngày!

Cuộc thử trên hiện trường đã xác nhận các phương trình ổn định của vật nặng trên dây đàn hồi do TS Nguyễn Văn Hường tìm ra là đúng. Từ đấy, các phương trình ấy được lấy làm cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế các kiểu cầu dây.

Về sau, cầu dây được cải tiến, gồm nhiều sợi cáp căng qua sông, qua suối, ban đêm lát ván cho ô-tô qua, ban ngày dỡ ván để máy bay không phát hiện được, hoặc nếu có phát hiện, thì cũng rất khó đánh trúng cáp.

Kỳ 2: Xác lập phương trình và xây dựng lý thuyết mới

Tự giận mình vô hạn

Chiếc com-măng-ca chở một số cán bộ Bộ Giao thông - Vận tải và TS Nguyễn Văn Hường tiến vào phía Nam vùng khu IV cũ. Theo yêu cầu của Bộ, anh Hường đi khảo sát và thiết kế tại chỗ một số cầu dây vào loại khó trên các tuyến đường chiến lược miền Trung; rồi mở lớp huấn luyện cho các kỹ sư và cán bộ kỹ thuật về thiết kế và thi công cầu dây.

Xe nhảy chồm chồm trên đoạn đường mới chữa, bỗng hãm rít lại, từ từ xuống ngầm. Ở đây, con suối phải rộng đến mươi mét. Xe rẽ nước ào ào. Mùa khô, nước chỉ róc rách qua kẽ đá lát ngầm. Nhưng, mùa này, nước ngập hết bánh xe.

- Hỏng bét rồi! - Anh lái xe bỗng gạt tay phanh.

Một chiếc Zil hai cầu (loại xe tải lớn của Liên Xô cũ) lún bánh giữa ngầm. Cả đoàn xe buộc phải dừng lại! Mưa bắt đầu rơi lộp bộp trên mui bạt com-măng-ca. 30 phút chậm chạp trôi qua! Đường vẫn tắc. Lũ dâng nhanh, cuốn ào ào cả cành cây, lau lách. Chiếc com-măng-ca lọt thỏm giữa dòng xiết, tiến lui đều kẹt.

- Xe ta bé, may ra vượt được đấy? - Anh Hường nói.

- Khó lắm!... Nhưng, nếu cứ nằm chết gí ở đây, thì rồi cũng bị lũ cuốn trôi thôi!

Vừa nói anh lái xe vừa dận ga, bẻ ngoặt tay lái. Chiếc xe men bờ ngầm vượt lên, nghiêng tưởng đổ, nhưng rồi cũng vượt được chiếc Zil. Ậm ạch bò khỏi bờ suối thì bỗng nghe tiếng ơi ới của anh chàng lái xe Zil gọi thanh niên xung phong đến cứu! Chiếc Zil đang bị lũ xô đi!

- Thật đúng là "thảm cảnh ngầm"!

Mấy tiếng "thảm cảnh ngầm" anh Hường đã nghe nhiều lần trong các buổi họp bàn biện pháp vượt sông, nhưng giờ đây mới nhìn thấy tận mắt.

Anh lái xe nói với TS Nguyễn Văn Hường:

- Ngầm nguy hiểm cho lái xe mà lại khổ cho thanh niên xung phong quá! Rét 400C, ngâm mình cả đêm dưới suối, xếp đá được nửa mét. Sáng hôm sau, lũ cuốn sạch! Một đoạn ngầm vài chục mét ngốn hàng núi đá! Thanh niên xung phong nghĩ cách đóng cọc xuống dòng suối, đan rọ sắt "nhốt" đá vào, và rồi từ mỗi cái rọ, néo một sợi dây lên bờ. Thế mà lũ vẫn dỡ đi từng mảng. Con lũ thúc cả những cây gỗ to như cột đình lao băng băng vào thành ngầm, làm gì mà nó chẳng đi tong! Thật là… "thảm cảnh ngầm"!

Rõ ràng ngầm không bảo đảm vượt suối trong mùa lũ. Còn làm cầu bê-tông thì tốn vật liệu, tốn công, mất nhiều thời gian, mà chỉ một phát rốc-két là đi đứt! Cầu dây tránh được những chỗ yếu đó. Không có bộ phận nào chạm nước, cầu dây không sợ bị lũ cuốn trôi. Ban đêm lát ván cho ô-tô qua, ban ngày dỡ ván, chỉ còn trơ mấy sợi cáp, địch rất khó phát hiện và đánh trúng.

Chiếc xe chở anh Hường đến bờ Bắc sông Cà Tang vào lúc 2 giờ sáng. Con sông rộng, chảy giữa hai triền núi dốc. Đây là một trong những điểm bị địch đánh phá ác liệt nhất. Nếu làm cầu dây ở đây thành công, thì sẽ gây được niềm tin trên toàn tuyến. Và sẽ có những kinh nghiệm quý để chỉ đạo chiến dịch làm cầu dây.

Mưa vẫn chưa ngớt. Nước sông to và xiết. Ngầm trở nên quá sâu, xe không qua được. Thế là hàng trăm chiếc ùn lại hai bên bờ.

Ít lâu sau, tại Đại hội Thi đua của ngành Đại học, TS Nguyễn Văn Hường kể lại cảm nghĩ của anh lúc ấy:

"Nhìn đoàn xe dài dằng dặc đứng im dưới mưa to và pháo sáng, tôi cảm thấy lòng đau như cắt! Để giảm được sự vất vả, nguy hiểm cho bao đồng chí của mình, các cán bộ khoa học và kỹ thuật chúng ta đã làm được những gì? Thật quá ít ỏi! Sực nhớ lại những đắn đo, do dự trước kia, tôi giận mình vô hạn, thấy mình có lỗi vô cùng! Nếu cầu dây được làm sớm hơn, thì đâu đến nỗi…".

Thiết lập những phương trình mới

Để nhanh chóng nắm được những số liệu cần thiết cho việc thiết kế cầu, phải vượt sông ngay. Nhưng lũ vẫn chưa rút, xe không sang được. Đò thì dọc hai bờ chẳng thấy một chiếc. Chỉ còn cách ngược lên phía thượng nguồn, tìm một chỗ nước ít xoáy, và địch không ngờ tới, bơi qua sông.

Ngay chiều hôm ấy, trở về công trường đầu cầu, anh bắt tay thiết kế cây cầu dây qua sông Cà Tang, một cây cầu dây vào loại khó nhất.

Công trường nằm trong một đoạn hầm xe lửa hoang phế xuyên qua một quả núi lớn, nhìn ra chỉ thấy một khoảng trời bằng cái vòm cửa, suốt ngày nghe tiếng máy bay và tiếng bom rền. Anh không ngờ, chính ở nơi đây, xa thư viện, không có máy tính điện tử, anh lại giải quyết được những khó khăn về học thuật mà lúc còn ở Hà Nội anh chưa giải quyết nổi: Thiết lập một số phương trình mới, chính xác hơn về sự ổn định của vật nặng trên dây đàn hồi. Các phương trình này trước kia chưa thiết lập được, một phần do yêu cầu cấp bách phải thiết kế ngay, nên chưa có thì giờ; nhưng phần chính là do khó khăn về thuật toán, nên đành phải lấy những số hạng đầu thay cho chuỗi vô tận của lời giải. Nay, do đòi hỏi mới, cần phải bắc ván cho mọi loại xe chạy qua, chứ không phải chỉ gồm có hai sợi cáp, chỉ phù hợp với những loại xe cùng cỡ, nếu vẫn dùng các phương trình gần đúng cũ, thì không phù hợp nữa.

Chứng minh được một chuỗi vô hạn hội tụ thành phương trình hữu hạn, và, cuối cùng, thiết lập được những phương trình mới, chính xác hơn về ổn định cầu dây, khó khăn đó anh Hường đã giải quyết được sau cái đêm tận mắt trông thấy hàng trăm xe giăng hàng chờ vượt sông đứng im dưới mưa to và pháo sáng.

Nhà khoa học đầu đàn của Đại học Bách khoa Hà Nội

Trở về với sông Cà Tang giữa núi rừng Trường Sơn, anh Hường nhớ lại bao kỷ niệm thời trẻ trai sôi nổi của mình…

Kháng chiến chống Pháp bùng nổ khi anh đang học năm cuối bậc trung học phổ thông tại Trường Bưởi, Hà Nội. Anh phải tạm lánh về quê hương Nam Đàn, Nghệ An. Tháng 5/1947, theo sự phân công của Đảng, anh bí mật rời cảng Bến Thuỷ, lên một chiếc thuyền đánh cá vượt biển vào Nam, nhận công tác tại Bộ Chỉ huy Quân sự Tây Nguyên.

Tháng 4/1949, rời Plây Cu, anh cuốc bộ ròng rã bốn tháng trời dọc theo dãy Trường Sơn (thời ấy, con đường chỉ là những lối mòn hẹp) ra Định Hoá, Thái Nguyên, nhận công tác mới tại Văn phòng Tổng Bí thư Trường Chinh. Rồi được đích thân Tổng Bí thư gửi tới làm việc tại Cục Quân giới để học hỏi thêm về kỹ thuật. Tại đây, anh đã nghiên cứu, chế tạo thành công máy đo độ giật của súng, phục vụ cho việc chế tạo súng không giật (viết tắt là SKZ). Được Thiếu tướng, Cục trưởng Trần Đại Nghĩa cử làm tổ trưởng tổ nghiên cứu nấu thép từ quặng sắt, anh đã cùng tập thể nấu thành công mẻ thép đầu tiên ở Việt Nam, ngay giữa núi rừng Việt Bắc. Nguyễn Văn Hường được tuyên dương trong toàn Tổng cục Hậu cần.

Đỗ kỹ sư tại Trung Quốc, bảo vệ luận án tiến sĩ tại Liên Xô, anh trở thành một trong số ít nhà khoa học đầu đàn của Đại học Bách khoa Hà Nội…

Trận lũ vừa qua làm ngập các ngầm trên đường Trường Sơn khiến anh nhớ lại cành lũ ở Tây Nguyên. Không ít lần anh và đồng đội phải ngồi bên bờ suối, nhịn ăn! Chắc đồng bào, đồng đội ở Tây Nguyên giờ đây vẫn còn lâm vào cảnh ấy. Để vượt những con suối lũ đó, trong khi chưa có cầu treo vĩnh cửu, thì cầu dây tiện lợi biết bao!

Một số nhà kỹ thuật phương Tây từng kết luận rằng: Khẩu độ của cầu dây không thể quá… 20 mét! TS Nguyễn Văn Hường đã chứng minh: Kết luận đó là sai! Nhờ xây dựng được lý thuyết mới về sự ổn định của vật nặng trên dây đàn hồi, anh và những người cộng tác như Đỗ Quốc Sam (về sau, là Bộ trưởng Bộ Kế hoạch và Đầu tư), Trần Lưu Chương, Bùi Khương, Lều Thọ Trình… đã nhiều lần cải tiến thiết kế, sáng tạo nhiều kiểu cầu dây vượt sông rộng hơn 200 mét, chịu được xe tải 10 tấn kéo theo rơ-moóc 5 tấn. Đó là chưa kể có kiểu cầu dây chuyển tải cả toa xe lửa 40 tấn. Nhiều cây cầu dây, trải qua bao năm địch đánh phá liên miên mà không hề trúng, tính ra đã cho thông xe hàng chục vạn lần chiếc, bảo đảm an toàn.

Sau ngày đất nước thống nhất, GS Nguyễn Văn Hường đã thông báo những kết quả nghiên cứu của mình về lý thuyết ổn định trên dây đàn hồi tại Hội nghị Cơ học Quốc tế ở Warsaw (Ba Lan).

Là đại biểu Quốc hội, Chủ nhiệm Văn phòng Khoa - Giáo của Phủ Thủ tướng, GS Nguyễn Văn Hường nhiều năm làm việc dưới sự chỉ đạo trực tiếp của Phó Thủ tướng, Đại tướng Võ Nguyên Giáp.
Nguon dantri
http://dantri.com.vn/giaoduc-khuyenhoc/guoi-dat-nen-tang-ly-thuyet-thiet-ke-cau-day-Viet-am/2008/11/262286.vip
http://dantri.com.vn/giaoduc-khuyenhoc/guoi-dat-nen-tang-ly-thuyet-thiet-ke-cau-day-Viet-am-ky-2/2008/12/263693.vip