上承式
關注創建者：一天_6271 創建時間：2021-03-23
上承式的實例教程
引言：拱橋是中國最常用的一種橋梁型式，其式樣之多，數量之大，為各種橋型之冠，特別是公路橋梁，據不完全統計，中國的公路橋中7%為拱橋。由于中國是一個多山的國家，石料資源豐富，因此拱橋以石料為主。中國建造的鋼筋混凝土拱橋的形式更是繁花似錦，式樣之多當屬世界之最，其中建造得比較多的是箱形拱、雙曲拱、肋拱、桁架拱、剛架拱等，它們大多數是上承式橋梁，橋面寬敞，造價低廉。
下文將使用abaqus和isolver兩個求解器，計算一座上承式公路拱橋，來測試isolver求解器的計算精度。
(1)有限元模型
如圖所示為某地一上承式公路拱橋。
（2）材料屬性
使用線彈性材料本構。由于要進行施加重力荷載，要賦予材料密度參數。
（3）邊界條件
位移邊界：
左右拱腳處固定底面x、y、z三個方向的平動自由度。
荷載：
簡化公路橋規的荷載形式為：
重力場9.8
跨中集中線荷載180
橋頂均布荷載10.5
（4）單元類型：C3D8和C3D6
（5）求解
使用abaqus和isolver兩種求解器求解。
展開 這種橋叫做自錨上承式懸帶橋。
這種上承式懸帶橋是上個年代國外出現的一種新型公路橋梁結構。眾所周知懸索橋的原理是將兩根粗壯的鋼索固定在兩岸橋墩上，然后從鋼索上垂下小鋼索固定住橋面，由主鋼索承受整座大橋的重力，而淘金橋的受力與此類似，只不過它的承力結構位于橋面下方，并且換成了鋼筋混凝土，行車荷載由橋面系通過立柱排架傳遞給主索。
什么是懸帶橋呢？由于主索是由混凝土包裹形成的一帶狀, 形如懸帶, 所以又稱“懸帶橋” , 國內外也有稱“ 倒懸索橋” 、“ 反向吊橋” 。因橋面在懸帶上面, 故稱“上承式懸帶橋”。主索的錨固方式可分外錨和自錨, 國外建成的實橋均為外錨, 唯獨我國淘金大橋為自錨, 所以稱“自錨上承式鋼筋混凝土懸帶橋” 。
受力特性是什么呢？這種橋主索懸帶是主受力構件，整橋的豎向荷載由預應力索承擔，也充分發揮了鋼材的抗拉能力;橋面梁板結構既用于通車，又作為受壓構件平衡拱的水平力，也充分發揮了混凝土的抗壓能力；中間的主柱排架作為次結構，以減少跨度——整個結構自身錨固平衡，所有材料無一點浪費。
他的優點是什么呢？這里把它和拱橋相對比。它與正常的系桿拱橋相比：第一，省材料，正常拱產生的是水平推力，只能用受拉構件來平衡；而上承式懸帶橋是倒拱，產生的是水平壓力，橋面可以直接作為壓桿來平衡，節省了一組受力構件；第二，施工方便，上承式懸帶橋自下而上施工，懸帶可以直接作為主柱排架和橋面梁板的施工平臺，不需要另外支設腳手架。
他也有缺點呢？這種橋的最大缺陷就是維護成本高，壽命不長。因為上方橋面與下方橋墩構成了一個堅固的整體，維護時拆除任何一個下承式懸帶橋的部件，都會導致整個大橋結構崩潰和垮塌。
誰是鼻祖呢？這種橋型是美藉華人林同炎先生于1972年5月首創上承式懸帶橋。該橋橋梁跨度約146m，橋面高度約100m。
展開 ▲ 烏蒙山特大橋效果圖
我的名片
姓名：烏蒙山特大橋（納雍至晴隆高速公路第T12合同段）
生日：在建
籍貫：貴州
長度：主跨270m，左幅橋全長491.5m，右幅橋全長511.5m
類型：鋼桁-混凝土組合拱橋
特點：主橋采用上承式鋼桁-混凝土組合拱橋方案，為世界上首座大跨度鋼桁-混凝土組合拱橋
建設單位：納晴高速公路建設有限公司
設計單位：中交第二公路勘察設計研究院有限公司
施工單位：貴州省公路工程集團有限公司
烏蒙山特大橋作為項目控制性工程之一，跨越阿志河谷及兩側斜坡而建設，烏蒙山特大橋橋型方案結合橋址處地形、地質條件、危巖帶等實際情況，主橋結構采用上承式鋼桁-混凝土組合拱橋。
我的獨特之處
1
采用鋼腹桿替代混凝土腹板
鋼桁-混凝土組合拱橋是在混凝土箱型拱橋的基礎上，采用鋼腹桿替代混凝土腹板，這種改變可能會帶來結構體系受力特征的改變。拱以受壓為主，但實際上，在活載、溫度、收縮徐變等因素作用下，彎矩或偏心率往往成為拱橋內力的控制因素，所以大跨度拱橋常常采用箱形結構，以提高其截面的抗彎能力和抗彎剛度，因此，鋼桁-混凝土組合結構具有應用于拱橋中的可能性。在大跨度混凝土箱形截面中，腹板的抗彎作用遠小于截面的頂底板，但其重量卻占到拱圈總重量的30％～40％，如采用鋼腹板（桿）代替厚重的混凝土腹板，將使主拱自重得到大大減輕。
展開 橋梁又叫胡佛大橋，位于胡佛水壩下游，橋梁為主跨329m的上承式拱橋，橋梁長度579m，橋面高度270m。橋梁采用鋼筋砼拱肋和鋼支柱，是美國第一座鋼筋砼和鋼混合拱橋。橋梁在世界拱橋跨度排名中排第44位。橋梁以參加過朝鮮戰爭的內華達州州長麥克·奧卡拉漢和放棄百萬年薪參加阿富汗戰爭犧牲的美國亞利桑那紅雀隊的橄欖球運動員帕特·提爾曼的名字聯合命名。
4. 1995年10月16日，中國廣東佛山三水大橋建成通車。三水大橋為獨塔雙索面不對稱預應力砼斜拉橋，跨徑布置為110+180m，塔墩梁固結體系，索塔形狀為H形，塔高111m，設58對斜拉索。
5. 1995年10月16日，英國蘇格蘭斯凱大橋(Skye Bridge)開通。斯凱大橋主橋為預應力砼箱梁剛構橋，橋梁跨徑為125+250+125m。
6. 2004年10月16日，意大利米蘭喬丹尼高架橋(Giordani Viaduct)建成通車。大橋為下承式系桿拱橋，橋長700m，橋寬25m。
7. 2004年10月16日，中國浙江杭州復興大橋建成通車。復興大橋又叫錢江四橋，復興大橋是采用組合跨徑的雙層橋面鋼管混凝土系桿拱拱橋，橋梁上層設雙向6車道的快車道；下層中間為雙線輕軌，兩側設公交專用道、非機動車道及殘疾人專用設施。橋梁上構為鋼管混凝土雙主拱，主橋的跨徑組合為2x85+190+5x85+190+2x85米，其中85米跨徑為下承式系桿拱橋和上承式拱橋的組合，190米跨徑為下承式系桿拱橋和中承式拱橋的組合，因此全橋包括了拱橋的下承、中承和上承三種形式。
8. 2005年10月16日，中國江蘇宿遷古黃河2號橋建成通車。大橋又叫河濱橋，上部結構采用5x30m裝配式部分預應力砼連續箱梁。
9. 2006年10月16日，美國肯塔基州美國格蘭特大橋(U.S.
展開 該橋跨越漬水上游古樓河的木魚塘峽谷，是一座自錨上承式懸帶橋。橋長74m，設計跨徑70m，矢跨比1/9，橋面寬4.5m 。于1989年1月建成通車。
看著這座橋，不得不佩服設計者吳琦瑛高工的魄力，帶著強烈的好奇心，我去下載了他的論文《自錨上承式懸帶橋的設計與施工》，一睹究竟。
國內第一，世界第四
1972年5月，林同炎大師在美國哥斯達黎加的設計了主跨108m的科羅拉多橋，1975~1977年期間，在東德易北河上建造了主跨100m的巴德·桑德橋、日本九州中部地區深谷川河上建造了主跨48m的速日峰橋——在這種特殊橋型家族中，淘金大橋是第四座，也是第一座自錨式的懸帶橋。
林同炎主持設計的科羅拉多橋照片和施工過程示意圖
創新的背后都是難題
我猜想土木工程師群體，尤其是直面橋梁、建筑結構、港口大壩等各類工程結構的工程師們，應當是最保守的一群人了。因為我們必須要在無法精確獲知實際結構許多相關參數、工程材料特性，甚至連理論計算方法也不一定能夠完全準確的基礎上，還要最大限度地保障公共安全。所以可以想到，為什么全國興建了這么多橋梁，基本橋型為啥就那么幾種了吧，安全第一啊！
于是創新總是在遇到各種難以解決的問題，經過無數次內心的糾結和斗爭之后才會誕生的產物。
吳工在他的論文里也提到了，之所以選擇這種極為少見的橋型，主要是出于經濟的考慮。橋梁的位置，進行支架施工的難度很大，而且他和相近跨徑的拱橋、斜拉橋、桁架橋相比較，采用懸帶橋方案的構件最大吊重大幅度減小——這可是在1989年進行施工的，在那個年代，山區里進行吊裝作業應該是一件并不那么容易做到的事情。
而且論文中多次提到，在1979年就開始進行了模型試驗，這是提前十年進行的科研研究，放到今天這應該是一個非常大的課題了。
它是一種特殊的懸索橋還是特殊的拱橋？
展開 
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