簡(jiǎn)介： 本文通過(guò)日本橋梁抗風(fēng)設計基準的制定過(guò)程和編集背景，分析了構成橋梁抗風(fēng)設計基準體系的各抗風(fēng)設計基準，指出日本的抗風(fēng)設計基準具有可操作性強、體系完善等特點(diǎn)，以期對我國橋梁抗風(fēng)規范的制定和發(fā)展提供一些借鑒和參考。

　　關(guān)鍵字：橋梁抗風(fēng) 基準

　　一、前言

　　隨著(zhù)交通事業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，自80年代末以來(lái)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(fēng)作用反應敏感，風(fēng)的作用尤其是動(dòng)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(fēng)荷載方面的條款，但不適用于大跨度的橋梁，橋梁的動(dòng)力抗風(fēng)設計和施工過(guò)程中的抗風(fēng)驗算更是空白，因此，中交公路規劃設計院和同濟大學(xué)項海帆院士為首的有關(guān)研究人員，在國內從事橋梁抗風(fēng)研究的單位和專(zhuān)家的積極支持下，總結我國十幾年來(lái)橋梁抗風(fēng)理論研究和風(fēng)洞試驗的成果，并參考、吸收了其他國家橋梁抗風(fēng)設計規范和標準中的一些成果，歷時(shí)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(fēng)設計的指導性文件《公路橋梁抗風(fēng)設計指南》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指南》）。

　　《指南》公布4年多來(lái)，在指導大跨度橋梁的抗風(fēng)設計中，發(fā)揮了巨大的作用，但由于風(fēng)的作用和橋梁對風(fēng)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(fēng)設計和驗算的問(wèn)題，再加上應將近年來(lái)由于橋梁抗風(fēng)研究的進(jìn)一步深入和實(shí)際工程積累的日漸豐富的經(jīng)驗中所獲得的新見(jiàn)解納入，以便更方便、有效、規范地進(jìn)行橋梁抗風(fēng)設計。交通部于1997年立項編制中華人民共和國交通部行業(yè)標準《公路橋梁抗風(fēng)設計規范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規范》）�！兑幏丁返木帉�(xiě)工作雖已近結束，但《規范》的頒布實(shí)施尚待一些時(shí)間，《規范》雖比《指南》大大前進(jìn)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(fēng)環(huán)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(fēng)設計的所有問(wèn)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(fēng)問(wèn)題。我國的近鄰日本經(jīng)常遭受強臺風(fēng)的襲擊，20世紀60年代以來(lái)，又修建了以本州四國連絡(luò )橋為代表的許多跨海大跨度橋梁，橋梁抗風(fēng)設計基準日臻完善。本文就日本的橋梁抗風(fēng)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(chēng)）為例，說(shuō)明橋梁抗風(fēng)設計規范的變遷和體系，以期對我國橋梁抗風(fēng)設計規范的編制和發(fā)展提供一些借鑒和參考。

　　二、日本橋梁耐風(fēng)設計基準的變遷和制定背景

　　40年來(lái)，日本的橋梁抗風(fēng)設計基準經(jīng)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(kāi)始有組織地進(jìn)行有關(guān)本州四國連絡(luò )橋（以下稱(chēng)本四連絡(luò )橋）的研究工作。1961年研究工作委托日本土木學(xué)會(huì )進(jìn)行，在土木學(xué)會(huì )中設立了本四連絡(luò )橋技術(shù)調查委員會(huì )，該委員會(huì )下設種種小委員會(huì )，以東京大學(xué)平并敦教授為首的耐風(fēng)設計小委員會(huì )于1963年開(kāi)始工作，當時(shí)雖已將反省美國舊Tacoma風(fēng)毀跨橋中獲得的見(jiàn)解應用到新Tacoma橋、日本的若戶(hù)橋、英國的塞文橋的抗風(fēng)設計中，但這些僅是個(gè)別橋梁的抗風(fēng)設計，尚未形成體系。日本的本四連絡(luò )橋群中有大量抗風(fēng)性能非常重要的大跨度橋梁，必須有一個(gè)統一的標準，因此制定了“本州四國連絡(luò )橋耐風(fēng)設計指針·同解說(shuō)（1964）”（以下稱(chēng)“指針64”），后經(jīng)苦于修改后成為“本州四國連絡(luò )橋耐風(fēng)設計指針·同解說(shuō)（1967）”，（以下稱(chēng)“指針67”）。

　　1970年成立了本州四國連絡(luò )橋公團（以下稱(chēng)本四公團）負責調查研究的主要工作，但委托給土木學(xué)會(huì )的工作仍由土木學(xué)會(huì )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(fēng)研究小委員會(huì )，其主要任務(wù)是①制定容納、吸收“指針67”以后的新研究成果的抗風(fēng)設計基準。②制定風(fēng)洞試驗基準。③進(jìn)行為評價(jià)風(fēng)洞試驗精度的抗風(fēng)實(shí)驗橋的觀(guān)測。該小委員會(huì )工作成果是制定了“本州四國連絡(luò )橋耐風(fēng)設計基準（1972）”，（以下稱(chēng)“基準72”），“本州四國連絡(luò )橋耐風(fēng)設計基準（1975）”，（以下稱(chēng)“基準75”），后經(jīng)修改變?yōu)椤氨局菟膰�連絡(luò )橋耐風(fēng)設計基準（ 1976）”（以下稱(chēng)“基準76”）和“本州四國連絡(luò )橋風(fēng)洞試驗基準 （1976）”（以下稱(chēng)“試驗基準76”），本四橋中的因島大橋、大嗚門(mén)橋、懶戶(hù)大橋、大島大橋都是按上述基準進(jìn)行抗風(fēng)設計和風(fēng)洞試驗的，本四橋以外的許多大跨度橋梁的抗風(fēng)設計和風(fēng)洞試驗也參照了上述基準。大久保博士領(lǐng)導的耐風(fēng)研究小委員會(huì )的工作于1975年結束。

　　“基準76”雖說(shuō)是在當時(shí)抗風(fēng)研究的最新成果和見(jiàn)解的基礎上編集制定的，但在實(shí)施的過(guò)程中又發(fā)現了一些新的現象和問(wèn)題。由于沒(méi)有充足的時(shí)間進(jìn)行研究，只好在橋梁抗風(fēng)設計中取稍微富裕的安全儲備。

　　1976年，為了處理在實(shí)施“基準76”和“試驗基準76”出現的問(wèn)題和進(jìn)行抗風(fēng)實(shí)驗橋觀(guān)測數據的處理分析工作，又在土木學(xué)會(huì )中設立了以中央大學(xué)同內功教授為首的耐風(fēng)研究小委員會(huì )。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(shí)期，確保明石海峽大橋的抗風(fēng)性能是非常重要的課題，岡內功教授為首的耐風(fēng)研究小委員會(huì )在1982～1987年間，根據明石海峽大橋各種設計方案抗風(fēng)研究成果以及對橋梁抗風(fēng)的一些新見(jiàn)解，編集制定了“明石海峽大橋耐風(fēng)設計要領(lǐng)（案）·同解說(shuō)（1988）”，（以下稱(chēng)“明石要領(lǐng)（案）88”）

　　1989年有關(guān)本四橋的調查工作由土木學(xué)會(huì )轉至海洋架橋調查會(huì )，同時(shí)成立了以橫濱國立大學(xué)宮田利雄教授為首的耐風(fēng)委員會(huì )，該委員會(huì )對“明石要領(lǐng)（案）88”進(jìn)行了部分修改，制定了“明石海峽大橋耐風(fēng)設計要領(lǐng)·同解說(shuō)（1990）”（以下稱(chēng)明石要領(lǐng)90“），同時(shí)并對以前的”試驗要領(lǐng)76“進(jìn)行補充、修正而制定了”明石海峽大橋風(fēng)洞試驗要領(lǐng)（1990）“（以下稱(chēng)”明石試驗要領(lǐng)90“）。

　　該委員會(huì )在確定“明石要領(lǐng)90”、“明石試驗要領(lǐng)90”的同時(shí)，制定了適用于尾道·今治線(xiàn)路的新尾道大橋、多多羅大橋、來(lái)島大橋的“尾道·今治ル-ト耐風(fēng)設計基準·同解說(shuō)（1994）”（以下稱(chēng)“尾道·今治基準94”）。該委員會(huì )還總結了“明石要領(lǐng)叨”之后進(jìn)行大型風(fēng)洞全橋模型試驗以及從明石海峽大橋、多多羅大橋、來(lái)島大橋的抗風(fēng)設計獲得的研究成果。制定了“耐風(fēng)設計基準（案）（1998）”（以下稱(chēng)“基準”（案）98“）。以下為本四橋建設與抗風(fēng)設計基準制定的對照情況。

　　1959年建設省、日本國有鐵道開(kāi)始本四橋建設調查研究平井敦

　　1963年土木學(xué)會(huì )耐風(fēng)設計小委員會(huì )成立 “指針64” “指針67”

　　1970年 本四公團成立

　　1971年土木學(xué)會(huì )耐風(fēng)研究小委員會(huì )成立大久保

　　1972～1974年抗風(fēng)實(shí)驗橋觀(guān)測 “基準72”

　　1975年土木學(xué)會(huì )耐風(fēng)研究小委員會(huì )成立 “基準 75” “基準76” 岡內功

　　1976年 大鳴門(mén)橋開(kāi)工 “試驗基準76”

　　1977年 因島大橋開(kāi)工

　　1978年兒島·坂出線(xiàn)路開(kāi)工

　　1980年 實(shí)橋振動(dòng)觀(guān)測 “試驗要領(lǐng)80”

　　1984年 實(shí)橋振動(dòng)試驗（大嗚門(mén)橋、南備贊瀨戶(hù)大橋、柜石島大橋、大島大橋等）

　　1988年 明石海峽大橋開(kāi)工，來(lái)島大橋開(kāi)工 “明石要領(lǐng)（案）88”

　　1989年 海洋架橋調查會(huì )，耐風(fēng)委員會(huì )成立，明石海峽大橋大型風(fēng)洞試驗 “明石要領(lǐng)90” 宮田利雄

　　1990～1997年多多羅大橋大型風(fēng)洞試驗 “明石試驗要領(lǐng)90”

　　來(lái)島大橋大型風(fēng)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(xiàn)路完成

　　三、各抗風(fēng)設計基準的特點(diǎn)

　　抗風(fēng)設計基準的編制是和大跨度橋梁的建設相互制約與促進(jìn)的，構成橋梁抗風(fēng)設計基準體系的各抗風(fēng)設計基準的特點(diǎn)如下：

　　1．“指針64”

　�。�1）設定了考慮高度分布等因素的基本風(fēng)特性

　�。�2）提出了考慮重現期的基本風(fēng)速設定方法

　�。�3）確定自激振動(dòng)的校核風(fēng)速為1.2倍的設計風(fēng)速

　　2.“指針67”

　　 （1）確定嗚門(mén)海峽的基本風(fēng)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(fēng)速重限期為30年

　�。�4）根據紊流尺度和結構尺寸的關(guān)系修正設計風(fēng)速

　�。�5）根據風(fēng)速設定設計中考慮的迎角為±5°，±10°

　　3．“基準72”

　�。�1）明確了抗風(fēng)設計的流程

　�。�2）基本風(fēng)速分為四個(gè)區域，重現期為150年

　�。�3）設計風(fēng)荷載考慮陣風(fēng)反應的修正

　�。�4）設定了風(fēng)洞試驗基準和容許誤差

　�。�5）迎角為±7°

　　4．“基準75”

　�。�1）基本風(fēng)速分為五個(gè)區域

　�。�2）修改風(fēng)速高度分布

　�。�3）修正考慮風(fēng)荷載時(shí)的容許應力增加系數

　�。�4）確定了施工中核核用的風(fēng)荷載

　�。�5）在風(fēng)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(fēng)荷載的計算方法進(jìn)行部分修改

　�。�2）在“風(fēng)洞試驗要領(lǐng)80”中，增加模型制作，試驗結果整理的內容

　　6．“明石要領(lǐng)90”

　�。�1）針對明石海峽大橋的專(zhuān)用基準

　�。�2）基本風(fēng)速改為46m/s

　�。�3）將陣風(fēng)反應的影響由風(fēng)速的修正改為風(fēng)荷載的修正在附錄中增加陣風(fēng)反應分析方法

　�。�4）結構阻尼分為彎曲、扭轉兩種

　�。�5）規定進(jìn)行陣風(fēng)反應解析校核

　�。�6）校核迎角為±3°

　�。�7）在自激振動(dòng)的檢驗風(fēng)速中考慮風(fēng)速時(shí)間變化

　�。�8）在風(fēng)洞試驗要領(lǐng)中增加成橋后主塔風(fēng)洞試驗等

　　7．“尾道·今治基準94”

　�。�1）針對尾道、今治線(xiàn)路專(zhuān)用的抗風(fēng)基準

　�。�2）設定尾道航路的基本風(fēng)速、風(fēng)速的高度分布和紊流強度

　�。�3）由陣風(fēng)反應分析結果進(jìn)行的風(fēng)荷載的修正

　�。�4）增加拉索風(fēng)雨振動(dòng)的檢驗

　　8．“基準（案）98”總結大型風(fēng)洞全橋模型實(shí)驗研究成果

　　四、結束語(yǔ)

　　日本除了上述適用于大跨度橋梁的橋梁抗風(fēng)設計基準以外，還于1991年由日本道路協(xié)會(huì )編集了適用于跨度小于200m以下橋梁的“道路橋耐風(fēng)設計便覽”，40年來(lái)，隨著(zhù)日本橋梁的建設，已形成了一套完整的橋梁抗風(fēng)設計基準體系。在設計基準制定編集過(guò)程中，土木學(xué)會(huì )發(fā)揮了巨大的作用，各個(gè)基準制定時(shí)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(jìn)，各個(gè)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(diǎn)，不同要求的風(fēng)洞試驗等因素而制定，因而可操作性非常強，風(fēng)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(jià)風(fēng)洞試驗的結果，日本制定了用以指導風(fēng)洞試驗的基準，？quot；試驗基準76“，”試驗要領(lǐng)80“，”明石試驗要領(lǐng)90“。此外各個(gè)基準均明確規定抗風(fēng)設計的最基本的風(fēng)的特性，并對陣風(fēng)反應的影響有較詳細的規定。以上幾點(diǎn)在編制我國的橋梁抗風(fēng)設計規范時(shí)應予以借鑒和參考。