摘要：本文通過日本橋梁抗風設計基準的制定過程和編集背景，分析了構成橋梁抗風設計基準體系的各抗風設計基準，指出日本的抗風設計基準具有可操作性強、體系完善等特點，以期對我國橋梁抗風規范的制定和發展提供一些借鑒和參考。
一、前言
隨著交通事業突飛猛進的發展，自80年代末以來的短短的十多年間，我國建成了20余座以斜拉橋、懸索橋為主要橋型的主跨400m以上的大跨度橋梁。斜拉橋、懸索橋對風作用反應敏感，風的作用尤其是動力作用往往成為這兩種橋梁設計和施工的控制因素。我國目前的《公路橋涵設計通用規范》(JTJ021-89)雖有靜風荷載方面的條款，但不適用于大跨度的橋梁，橋梁的動力抗風設計和施工過程中的抗風驗算更是空白，因此，中交公路規劃設計院和同濟大學項海帆院士為首的有關研究人員，在國內從事橋梁抗風研究的單位和專家的積極支持下，總結我國十幾年來橋梁抗風理論研究和風洞試驗的成果，并參考、吸收了其他國家橋梁抗風設計規范和標準中的一些成果，歷時3年，于 1996年4月編制完成我國第一部用于大跨度橋梁抗風設計的指導性文件《公路橋梁抗風設計指南》(以下簡稱《指南》)。
《指南》公布4年多來，在指導大跨度橋梁的抗風設計中，發揮了巨大的作用，但由于風的作用和橋梁對風反應的極其復雜性，《指南》的深度和廣度尚不能完全解決橋梁所涉及的抗風設計和驗算的問題，再加上應將近年來由于橋梁抗風研究的進一步深入和實際工程積累的日漸豐富的經驗中所獲得的新見解納入，以便更方便、有效、規范地進行橋梁抗風設計。交通部于1997年立項編制中華人民共和國交通部行業標準《公路橋梁抗風設計規范》(以下簡稱《規范》)。《規范》的編寫工作雖已近結束，但《規范》的頒布實施尚待一些時間，《規范》雖比《指南》大大前進了一步，但我國大跨度橋梁的建設高潮方興未艾，在更惡劣的風環境條件下建設更大跨度的橋梁已在前期準備工作之中，而且《規范》也還不能完全解決橋梁抗風設計的所有問題，涵蓋不了所有不同跨度、不同構造形式，不同地區、不同地形條件下的橋梁抗風問題。我國的近鄰日本經常遭受強臺風的襲擊，20世紀60年代以來，又修建了以本州四國連絡橋為代表的許多跨海大跨度橋梁，橋梁抗風設計基準日臻完善。本文就日本的橋梁抗風設計基準(為便于查閱，在不影響意義的情況下，使用日文漢字名稱)為例，說明橋梁抗風設計規范的變遷和體系，以期對我國橋梁抗風設計規范的編制和發展提供一些借鑒和參考。
二、日本橋梁耐風設計基準的變遷和制定背景
40年來，日本的橋梁抗風設計基準經歷了種種變遷并逐漸形成了完善的體系。
1959年，日本建設省和國有鐵道開始有組織地進行有關本州四國連絡橋(以下稱本四連絡橋)的研究工作。1961年研究工作委托日本土木學會進行，在土木學會中設立了本四連絡橋技術調查委員會，該委員會下設種種小委員會，以東京大學平并敦教授為首的耐風設計小委員會于1963年開始工作，當時雖已將反省美國舊Tacoma風毀跨橋中獲得的見解應用到新Tacoma橋、日本的若戶橋、英國的塞文橋的抗風設計中，但這些僅是個別橋梁的抗風設計，尚未形成體系。日本的本四連絡橋群中有大量抗風性能非常重要的大跨度橋梁，必須有一個統一的標準，因此制定了"本州四國連絡橋耐風設計指針·同解說(1964)"(以下稱"指針64")，后經苦于修改后成為"本州四國連絡橋耐風設計指針·同解說(1967)"，(以下稱"指針67")。
1970年成立了本州四國連絡橋公團(以下稱本四公團)負責調查研究的主要工作，但委托給土木學會的工作仍由土木學會繼續完成，成立了建設省土木研究所大久保博士為首的耐風研究小委員會，其主要任務是①制定容納、吸收"指針67"以后的新研究成果的抗風設計基準。②制定風洞試驗基準。③進行為評價風洞試驗精度的抗風實驗橋的觀測。該小委員會工作成果是制定了"本州四國連絡橋耐風設計基準(1972)"，(以下稱"基準72")，"本州四國連絡橋耐風設計基準(1975)"，(以下稱"基準75")，后經修改變為"本州四國連絡橋耐風設計基準( 1976)"(以下稱"基準76")和"本州四國連絡橋風洞試驗基準 (1976)"(以下稱"試驗基準76")，本四橋中的因島大橋、大嗚門橋、懶戶大橋、大島大橋都是按上述基準進行抗風設計和風洞試驗的，本四橋以外的許多大跨度橋梁的抗風設計和風洞試驗也參照了上述基準。大久保博士領導的耐風研究小委員會的工作于1975年結束。
基準76雖說是在當時抗風研究的最新成果和見解的基礎上編集制定的，但在實施的過程中又發現了一些新的現象和問題。由于沒有充足的時間進行研究，只好在橋梁抗風設計中取稍微富裕的安全儲備。
1976年，為了處理在實施"基準76"和"試驗基準76"出現的問題和進行抗風實驗橋觀測數據的處理分析工作，又在土木學會中設立了以中央大學同內功教授為首的耐風研究小委員會。70年代后期至80年代前期，正是明石海峽大橋的中跨改為近2000m的討論研究時期，確保明石海峽大橋的抗風性能是非常重要的課題，岡內功教授為首的耐風研究小委員會在1982～1987年間，根據明石海峽大橋各種設計方案抗風研究成果以及對橋梁抗風的一些新見解，編集制定了"明石海峽大橋耐風設計要領(案)·同解說(1988)"，(以下稱"明石要領(案)88")
1989年有關本四橋的調查工作由土木學會轉至海洋架橋調查會，同時成立了以橫濱國立大學宮田利雄教授為首的耐風委員會，該委員會對"明石要領(案)88"進行了部分修改，制定了"明石海峽大橋耐風設計要領·同解說(1990)"(以下稱明石要領90")，同時并對以前的"試驗要領76"進行補充、修正而制定了"明石海峽大橋風洞試驗要領(1990)"(以下稱"明石試驗要領90")。
該委員會在確定"明石要領90"、"明石試驗要領90"的同時，制定了適用于尾道·今治線路的新尾道大橋、多多羅大橋、來島大橋的"尾道·今治ル-ト耐風設計基準·同解說(1994)"(以下稱"尾道·今治基準94")。該委員會還總結了"明石要領叨"之后進行大型風洞全橋模型試驗以及從明石海峽大橋、多多羅大橋、來島大橋的抗風設計獲得的研究成果。制定了"耐風設計基準(案)(1998)"(以下稱"基準"(案)98")。以下為本四橋建設與抗風設計基準制定的對照情況。
1959年建設省、日本國有鐵道開始本四橋建設調查研究平井敦
1963年土木學會耐風設計小委員會成立 "指針64" "指針67"
1970年 本四公團成立
1971年土木學會耐風研究小委員會成立大久保
1972～1974年抗風實驗橋觀測 "基準72"
1975年土木學會耐風研究小委員會成立 "基準 75" "基準76" 岡內功
1976年 大鳴門橋開工 "試驗基準76"
1977年 因島大橋開工
1978年兒島·坂出線路開工
1980年 實橋振動觀測 "試驗要領80"
1984年 實橋振動試驗(大嗚門橋、南備贊瀨戶大橋、柜石島大橋、大島大橋等)
1988年 明石海峽大橋開工，來島大橋開工 "明石要領(案)88"
1989年 海洋架橋調查會，耐風委員會成立，明石海峽大橋大型風洞試驗 "明石要領90" 宮田利雄
1990～1997年多多羅大橋大型風洞試驗 "明石試驗要領90"
來島大橋大型風洞試驗 "尾道·今治基準94"
1998年 明石海峽大橋建成 "基準(案)98"
1999年 尾道·今治線路完成
三、各抗風設計基準的特點
抗風設計基準的編制是和大跨度橋梁的建設相互制約與促進的，構成橋梁抗風設計基準體系的各抗風設計基準的特點如下：
1．"指針64"(1)設定了考慮高度分布等因素的基本風特性
(2)提出了考慮重現期的基本風速設定方法
(3)確定自激振動的校核風速為1.2倍的設計風速
2."指針67" (1)確定嗚門海峽的基本風速為50m/s，其他地區為45m/s
(2)考慮重限期為100年，150-年
(3)施工中的風速重限期為30年
(4)根據紊流尺度和結構尺寸的關系修正設計風速
(5)根據風速設定設計中考慮的迎角為±5°，±10°
3．"基準72" (1)明確了抗風設計的流程
(2)基本風速分為四個區域，重現期為150年
(3)設計風荷載考慮陣風反應的修正
(4)設定了風洞試驗基準和容許誤差
(5)迎角為±7°
4．"基準75"(1)基本風速分為五個區域
(2)修改風速高度分布
(3)修正考慮風荷載時的容許應力增加系數
(4)確定了施工中核核用的風荷載
(5)在風洞試驗基準中增加主塔的模型試驗
5．"基準76"(1)為了和上部結構設計基準相一致，對風荷載的計算方法進行部分修改
(2)在"風洞試驗要領80"中，增加模型制作，試驗結果整理的內容
6．"明石要領90"(1)針對明石海峽大橋的專用基準
(2)基本風速改為46m/s
(3)將陣風反應的影響由風速的修正改為風荷載的修正在附錄中增加陣風反應分析方法
(4)結構阻尼分為彎曲、扭轉兩種
(5)規定進行陣風反應解析校核
(6)校核迎角為±3°
(7)在自激振動的檢驗風速中考慮風速時間變化
(8)在風洞試驗要領中增加成橋后主塔風洞試驗等
7．"尾道·今治基準94"(1)針對尾道、今治線路專用的抗風基準
(2)設定尾道航路的基本風速、風速的高度分布和紊流強度
(3)由陣風反應分析結果進行的風荷載的修正
(4)增加拉索風雨振動的檢驗
8．"基準(案)98"總結大型風洞全橋模型實驗研究成果
四、結束語
日本除了上述適用于大跨度橋梁的橋梁抗風設計基準以外，還于1991年由日本道路協會編集了適用于跨度小于200m以下橋梁的"道路橋耐風設計便覽"，40年來，隨著日本橋梁的建設，已形成了一套完整的橋梁抗風設計基準體系。在設計基準制定編集過程中，土木學會發揮了巨大的作用，各個基準制定時間和背景不同，但并非新的基準就一定比舊的基準完善和先進，各個基準是考慮不同的橋梁跨度，不同的地域，不同的架橋位置的地形特點，不同要求的風洞試驗等因素而制定，因而可操作性非常強，風洞試驗是橋梁設計、檢驗、研究不可缺少的手段，為了正確地評價風洞試驗的結果，日本制定了用以指導風洞試驗的基準，?quot;試驗基準76"，"試驗要領80"，"明石試驗要領90"。此外各個基準均明確規定抗風設計的最基本的風的特性，并對陣風反應的影響有較詳細的規定。以上幾點在編制我國的橋梁抗風設計規范時應予以借鑒和參考。
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