Người đặt nền tảng lý thuyết thiết kế cầu dây Việt Nam

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.

Thủ tướng Phạm Văn Đồng gặp một số đại biểu dự Đại hội Thi đua ngành Đại học diễn ra tại Hà Nội ngay sau khi ký kết Hiệp định Paris năm 1973. Từ trái sang phải: Thủ tướng Phạm Văn Đồng (thứ 2), TS Nguyễn Văn Hường (thứ 3), TS Nguyễn Đình Tứ (thứ 5).

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.

(Còn nữa)

Hàm Châu