สะพานคานเหล็กเป็นสะพานที่ใช้คานเหล็กเป็นวิธีการรองรับพื้นสะพาน [ ^{1 ] สะพาน}คานเหล็กสมัยใหม่ที่พบได้ทั่วไปสองประเภทคือแบบแผ่นและแบบกล่อง

คำว่า "คาน" มักใช้แทนกันได้กับคำว่า "คาน" ในการอ้างอิงถึงการออกแบบสะพาน^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}อย่างไรก็ตาม ผู้เขียนบางคนกำหนดความหมายของสะพานคานแตกต่างจากสะพานคานเล็กน้อย^{[ 6 ]}

คานอาจทำจากคอนกรีตหรือเหล็ก สะพานขนาดสั้นหลายแห่ง โดยเฉพาะในพื้นที่ชนบทที่อาจเสี่ยงต่อการถูกน้ำท่วมและการกัดกร่อน มักใช้คานกล่องคอนกรีต คำว่า "คาน" โดยทั่วไปหมายถึงคานเหล็ก ในสะพานคานหรือสะพานโครงสร้างคาน คานเหล่านั้นเป็นส่วนรองรับหลักของพื้นสะพาน และมีหน้าที่ในการถ่ายน้ำหนักลงสู่ฐานราก ชนิดของวัสดุ รูปร่าง และน้ำหนัก ล้วนส่งผลต่อปริมาณน้ำหนักที่คานสามารถรับได้ เนื่องจากคุณสมบัติของโมเมนต์ความเฉื่อยอันดับสองความสูงของคานจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อความสามารถในการรับน้ำหนัก ช่วงสะพานที่ยาวขึ้น ปริมาณการจราจรที่มากขึ้น หรือระยะห่างระหว่างคานที่กว้างขึ้น ล้วนส่งผลโดยตรงให้คานมีความลึกมากขึ้น ใน สะพาน แบบโครงถักและ แบบ โค้งคานยังคงเป็นส่วนรองรับหลักของพื้นสะพาน แต่น้ำหนักจะถูกถ่ายเทผ่านโครงถักหรือส่วนโค้งไปยังฐานราก การออกแบบเหล่านี้ช่วยให้สะพานสามารถทอดข้ามระยะทางที่ไกลขึ้นได้โดยไม่ต้องเพิ่มความลึกของคานเกินกว่าที่ทำได้จริง อย่างไรก็ตาม การเพิ่มโครงสร้างคานหรือส่วนโค้งเข้าไปจะทำให้สะพานนั้นไม่ถือเป็นสะพานคานเหล็กแท้อีกต่อไป

สะพานคานเหล็กมีมานานนับพันปีแล้ว โดยมีรูปแบบที่หลากหลายขึ้นอยู่กับทรัพยากรที่มีอยู่ สะพานที่เก่าแก่ที่สุดคือสะพานคานสะพานโค้งและ สะพาน แกว่งซึ่งยังคงมีการสร้างอยู่ในปัจจุบัน สะพานประเภทนี้ถูกสร้างขึ้นโดยมนุษย์มาตั้งแต่สมัยโบราณ โดยการออกแบบเริ่มต้นนั้นเรียบง่ายกว่าที่เราใช้ในปัจจุบันมาก เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น วิธีการก็ได้รับการปรับปรุงและอิงกับการใช้และการดัดแปลงหิน ปูน และวัสดุอื่นๆ เพื่อให้แข็งแรงและทนทานยิ่งขึ้น

ในสมัยโรมันโบราณเทคนิคการสร้างสะพานนั้นรวมถึงการตอกเสาไม้เพื่อใช้เป็นเสาสะพาน แล้วจึงเติมช่องว่างระหว่างเสาด้วยวัสดุก่อสร้างต่างๆ สะพานที่ชาวโรมันสร้างขึ้นในสมัยนั้นเรียบง่ายแต่มีความน่าเชื่อถือและแข็งแรงมาก อีกทั้งยังทำหน้าที่สำคัญอย่างยิ่งในชีวิตทางสังคม

เมื่อการปฏิวัติอุตสาหกรรมสิ้นสุดลง วัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ดีขึ้นถูกนำมาใช้ และเหล็กดัดถูกแทนที่ด้วยเหล็กกล้าเนื่องจากเหล็กกล้ามีความแข็งแรงกว่าและมีศักยภาพในการใช้งานที่มากกว่า

สะพานทุกแห่งประกอบด้วยส่วนหลักสองส่วน คือ โครงสร้างส่วนล่างและโครงสร้างส่วนบน โครงสร้างส่วนบนคือทุกส่วนตั้งแต่แผ่นรองรับขึ้นไป ซึ่งเป็นส่วนที่รับน้ำหนักและเป็นส่วนที่มองเห็นได้ชัดเจนที่สุดของสะพาน ส่วนโครงสร้างส่วนล่างคือฐานรากที่ถ่ายเทน้ำหนักจากโครงสร้างส่วนบนลงสู่พื้นดิน ทั้งสองส่วนต้องทำงานร่วมกันเพื่อสร้างสะพานที่แข็งแรงและใช้งานได้ยาวนาน

โครงสร้างส่วนบนประกอบด้วยหลายส่วน:

• พื้นผิวถนนหรือทางเดินเรียกว่า "พื้นสะพาน" ในงานถนน โดยทั่วไปจะเป็น แผ่น คอนกรีตเสริมเหล็กแต่ก็อาจเป็นโครงเหล็กหรือแผ่นไม้ก็ได้ พื้นสะพานรวมถึงช่องจราจร เกาะกลางถนน ทางเท้าราวกันตกและส่วนประกอบอื่นๆ เช่น ระบบระบายน้ำและไฟส่องสว่าง
• โครงสร้างรองรับประกอบด้วยระบบเหล็กหรือคอนกรีตที่รองรับพื้นสะพาน ซึ่งรวมถึงคานหลัก คานขวาง หรือคานค้ำยัน และ (ถ้ามี) ระบบโครงถักหรือโครงโค้ง ในสะพานคานหลัก จะมีเพียงคานหลักและระบบค้ำยันเท่านั้น คานหลักทำหน้าที่รับน้ำหนักหลัก ในขณะที่ระบบค้ำยันช่วยให้คานหลักทำงานร่วมกันเป็นหน่วยเดียว และป้องกันไม่ให้คานล้มลง
• หน้าที่ของแผ่นรองรับคือการช่วยให้โครงสร้างส่วนบนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระจากโครงสร้างส่วนล่าง วัสดุทุกชนิดจะขยายตัวและหดตัวตามธรรมชาติเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง หากสะพานมีความแข็งทื่อโดยสมบูรณ์ จะทำให้เกิดความเครียดที่ไม่จำเป็นต่อโครงสร้างและอาจนำไปสู่ความล้มเหลวหรือความเสียหายได้ การยึดโครงสร้างส่วนบนไว้ที่ปลายด้านหนึ่ง ในขณะที่ปล่อยให้ปลายอีกด้านหนึ่งของช่วงสะพานเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในทิศทางตามยาว จะช่วยลดความเครียดจากความร้อนและเพิ่มอายุการใช้งานของสะพาน

โครงสร้างส่วนล่างประกอบด้วยหลายส่วนเช่นกัน:

• ฐานรากสะพาน (Abutment)คือฐานที่ถ่ายทอดโครงสร้างสะพานไปยังถนนหรือทางเดินเท้าบนพื้นดินที่แข็งแรง ส่วนเสาตอม่อ (Pier)คือส่วนรองรับตรงกลาง
• ส่วนหัวเสาเป็นส่วนที่รองรับแผ่นรองรับ ขึ้นอยู่กับประเภทของโครงสร้างรองรับ อาจจะมีหรือไม่มีส่วนหัวเสา เสาผนังและฐานรากแบบสั้นไม่จำเป็นต้องมีส่วนหัวเสา ในขณะที่เสาหลายต้น เสาหัวค้อน หรือเสาดัดโค้งจะต้องมีส่วนหัวเสา
• ส่วนลำต้นหรือส่วนฐานรากเป็นส่วนหลักของฐานราก ทำหน้าที่ถ่ายเทน้ำหนักจากส่วนบนของโครงสร้าง ผ่านส่วนบนสุดของฐานราก ลงไปยังส่วนฐานรากด้านล่าง
• ฐานรากเป็นโครงสร้างที่ถ่ายเทน้ำหนักลงสู่พื้นดิน มีระบบหลักสองประเภท ได้แก่ ฐานรากแบบแผ่ ซึ่งเป็นแผ่นคอนกรีตธรรมดาที่วางอยู่บนหินแข็ง หรือฐานรากแบบเสาเข็ม ซึ่งใช้เสาเข็มเหล็กเพื่อเจาะลงไปถึงหินแข็งที่อาจอยู่ลึกใต้ดิน อีกระบบหนึ่งคือการใช้บ่อหรือเสาคอนกรีตเสริมเหล็กอยู่ใต้ฐานราก

• คานเหล็กรีดเป็นคานที่ผลิตโดยการรีดเหล็กทรงกระบอกเปล่าผ่านแม่พิมพ์หลายชุดเพื่อสร้างรูปทรงที่ต้องการ ซึ่งทำให้ได้รูปทรงคานรูปตัว Iและคานปีกกว้าง มาตรฐาน ^{[ 7 ]}ที่มีความยาวสูงสุด 100 ฟุต
• คานเหล็กแผ่นคือคานที่ผลิตขึ้นโดยการเชื่อมแผ่นเหล็กเข้าด้วยกันเพื่อสร้างรูปทรงที่ต้องการ ผู้ผลิตจะรับแผ่นเหล็กขนาดใหญ่ที่มีความหนาตามต้องการ จากนั้นจึงตัดปีกและส่วนกลางของคานออกจากแผ่นเหล็กตามความยาวและรูปทรงที่ต้องการ คานเหล็กแผ่นสามารถมีความสูงได้มากกว่าคานเหล็กแผ่นรีด และไม่จำกัดเฉพาะรูปทรงมาตรฐาน ความสามารถในการปรับแต่งคานให้เข้ากับสภาพการรับน้ำหนักที่แม่นยำช่วยให้การออกแบบสะพานมีประสิทธิภาพมากขึ้น คานเหล็กแผ่นสามารถใช้สำหรับช่วงความยาวระหว่าง 10 เมตรถึงมากกว่า 100 เมตร (33 ฟุตถึงมากกว่า 330 ฟุต) บางครั้งจะมีการเชื่อมเหล็กเสริมระหว่างปีกรับแรงและส่วนกลางของคานเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของคาน
• คานกล่องหรือ"คานอ่าง" นั้น มีรูปทรงเป็นกล่องตามชื่อเรียก ประกอบด้วยแผ่นเหล็กแนวตั้งสองแผ่น ปีกบนสั้นๆ อยู่ด้านบนของแต่ละแผ่นเหล็ก และปีกล่างกว้างๆ ที่เชื่อมต่อแผ่นเหล็กทั้งสองเข้าด้วยกัน คานกล่องมีความทนทานต่อแรงบิด เป็นพิเศษ และถึงแม้จะมีราคาแพง แต่ก็ถูกนำมาใช้ในสถานการณ์ที่คานมาตรฐานอาจรับแรงบิดหรือล้มลงได้

• สะพานคาน — ต้นกำเนิดของสะพานคานแผ่น
• สะพานคานเหล็กแผ่น
• สะพานคานกล่อง — วิวัฒนาการของสะพานคานแผ่น

• ระบบโครงสร้างและขนาด (PDF) - กรมการขนส่งรัฐมอนแทนา
• โครงสร้างเหล็กส่วนบน (PDF) - กรมการขนส่งรัฐมอนแทนา