约克角（York）千禧人行桥

• 斜拉拱结构
  

• 线性，非线性和动力分析

• 施工阶段检验

约克角千禧人行桥横跨 Ouse 河， Whitby Bird 及其同事赢得了该桥的设计竞赛，其灵感来自于自行车的车轮。该桥由倾斜的拱、拉索及柔性箱梁桥面组成，其中拉索呈放射状布置，桥面系由拉索支撑。为了验证设计的合理性，采用 LUSAS Bridge 进行了线性、几何非线性及动力特性等一系列的分析。

该桥总长约 180m ，其主跨带一 80m 跨径的倾斜拱。桥面系由带悬臂的梯形钢箱梁组成，悬臂部分由外伸的支架支撑，整个桥面系由不锈钢拉索支撑。拉索直径为 19mm ，一端锚固在水平倾角为 50 度的倾斜拱上。大约1米中心的电缆在座椅的前后边缘之间交替，沿着甲板延伸，并呈现出一组自行车辐条的外观。 在西侧，长距离跨度从基台上升，并在到达主跨之前继续超过4个中间桥墩。 在西岸，拱门从倾斜的码头弹出。 在跨越河流的倾斜码头和混凝土基台降落之前，主跨越河流以获得必要的航行间隙。 这座桥将在河岸上建造，并使用发射驳船进行操纵。

线性分析 - 用壳单元模拟桥面板

为了取得屈曲分析所需的应力，采用壳单元对各桥面板分别建立了 LUSAS 模型，采用梁单元模拟拱肋，拱肋在其端部与桥面板相连。采用三维模型模拟不同施工阶段：

• 拱肋自重，主跨，裸拱
  

• 主跨自重，主跨，拱和索
  

• 活载、相临跨自重，整桥
  

按照需要对各模型的分析结果进行叠加和按因子组合，沿桥面系横向生产总的应力包络图。

拱的非线性屈曲分析 为了验证拱肋的屈曲稳定性，建立了几何非线性的分阶段模型。这类模型支持用适当的荷载增量来表示施工顺序。为了加快这类分析问题的求解速度，采用等效截面梁单元来模拟拱和桥面系。

动力分析

根据 BS5400 第二部分附录 C 的要求，对该桥在人行荷载下的动力响应进行了分析。用 LUSAS 动力模型求得了特征值，且对竖向单位荷载作用于桥梁不同位置，计算了加速度的频响函数。

将该加速度值同 BS5400 第二部分规定的 0.6 （ fo ） 0.5 的包络值进行比较。此外，还对风荷载下拱肋的行为进行了动力分析。用节点单元表示调谐质量阻尼器（ TMD ），该节点单元可具有质量、弹簧刚度和瑞利阻尼系数。得到了时程曲线图，并随即分析了 TMD 对拱肋的减震作用。

LUSAS Bridge 可使得结构设计非常经济。由于可求得板内的应力，因此能对桥面系截面进行准确地设计和评估。项目负责人 Des Mairs 说：“使用 LUSAS ，能领略到所有的设计哲理，可实现 Whitby Bird 及其同事提到的工程临界设计。计算机模型使得我们可设计出非常纤细的、优美的且经济的结构，这在以前的设计中是没有把握的。此外，能在不同施工阶段对复杂的施工方法进行分析，确保不出现附加应力，使得拱肋达到*终的倾斜位置。可为施工确定一初始值，确保结构按预想的方式工作。”

该桥于2000年秋季向行人和自行车交通开放。

“使用 LUSAS ，能领略到所有的设计哲理，可实现 Whitby Bird 及其同事提到的工程临界设计。计算机模型使得我们可设计出非常纤细的、优美的且经济的结构，这在以前的设计中是没有把握的。

Des Mairs, Partner in charge of project, Whitby Bird