剖析日本桥梁抗风设计基准之我见

摘要：本文通过日本桥梁抗风设计基准的制定过程和编集背景， 分析 了构成桥梁抗风设计基准体系的各抗风设计基准，指出日本的抗风设计基准具有可操作性强、体系完善等特点，以期对我国桥梁抗风规范的制定和 发展 提供一些借鉴和 参考 。

关键词：桥梁抗风 基准

一、前言

随着 交通 事业突飞猛进的发展，自80年代末以来的短短的十多年间，我国建成了20余座以斜拉桥、悬索桥为主要桥型的主跨400m以上的大跨度桥梁。斜拉桥、悬索桥对风作用反应敏感，风的作用尤其是动力作用往往成为这两种桥梁设计和施工的控制因素。我国 目前 的《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）虽有静风荷载方面的条款，但不适用于大跨度的桥梁，桥梁的动力抗风设计和施工过程中的抗风验算更是空白，因此，中交公路规划设计院和同济大学项海帆院士为首的有关 研究 人员，在国内从事桥梁抗风研究的单位和专家的积极支持下， 总结 我国十几年来桥梁抗风 理论 研究和风洞试验的成果，并参考、吸收了其他国家桥梁抗风设计规范和标准中的一些成果，历时3年，于 1996年4月编制完成我国第一部用于大跨度桥梁抗风设计的指导性文件《公路桥梁抗风设计指南》（以下简称《指南》）。

二、日本桥梁耐风设计基准的变迁和制定背景

40年来，日本的桥梁抗风设计基准经历了种种变迁并逐渐形成了完善的体系。

1959年，日本建设省和国有铁道开始有组织地进行有关本州四国连络桥（以下称本四连络桥）的研究工作。1961年研究工作委托日本土木学会进行，在土木学会中设立了本四连络桥技术调查委员会，该委员会下设种种小委员会，以东京大学平并敦教授为首的耐风设计小委员会于1963年开始工作，当时虽已将反省美国旧Tacoma风毁跨桥中获得的见解 应用 到新Tacoma桥、日本的若户桥、英国的塞文桥的抗风设计中，但这些仅是个别桥梁的抗风设计，尚未形成体系。日本的本四连络桥群中有大量抗风性能非常重要的大跨度桥梁，必须有一个统一的标准，因此制定了"本州四国连络桥耐风设计指针·同解说（1964）"（以下称"指针64"），后经苦于修改后成为"本州四国连络桥耐风设计指针·同解说（1967）"，（以下称"指针67"）。

"基准76"虽说是在当时抗风研究的最新成果和见解的基础上编集制定的，但在实施的过程中又发现了一些新的现象和问题。由于没有充足的时间进行研究，只好在桥梁抗风设计中取稍微富裕的安全储备。

1989年有关本四桥的调查工作由土木学会转至海洋架桥调查会，同时成立了以横滨国立大学宫田利雄教授为首的耐风委员会，该委员会对"明石要领（案）88"进行了部分修改，制定了"明石海峡大桥耐风设计要领·同解说（1990）"（以下称明石要领90"），同时并对以前的"试验要领76"进行补充、修正而制定了"明石海峡大桥风洞试验要领（1990）"（以下称"明石试验要领90"）。

该委员会在确定"明石要领90"、"明石试验要领90"的同时，制定了适用于尾道·今治线路的新尾道大桥、多多罗大桥、来岛大桥的"尾道·今治ル-ト耐风设计基准·同解说（1994）"（以下称"尾道·今治基准94"）。该委员会还总结了"明石要领叨"之后进行大型风洞全桥模型试验以及从明石海峡大桥、多多罗大桥、来岛大桥的抗风设计获得的研究成果。制定了"耐风设计基准（案）（1998）"（以下称"基准"（案）98"）。以下为本四桥建设与抗风设计基准制定的对照情况。

1959年建设省、日本国有铁道开始本四桥建设调查研究平井敦

1963年土木学会耐风设计小委员会成立 "指针64" "指针67"

1970年 本四公团成立

1971年土木学会耐风研究小委员会成立大久保

1975年土木学会耐风研究小委员会成立 "基准 75" "基准76" 冈内功

1976年 大鸣门桥开工 "试验基准76"

1977年 因岛大桥开工

1978年儿岛·坂出线路开工

1980年 实桥振动观测 "试验要领80"

1984年 实桥振动试验（大呜门桥、南备赞濑户大桥、柜石岛大桥、大岛大桥等）

1988年 明石海峡大桥开工，来岛大桥开工 "明石要领（案）88"

1989年 海洋架桥调查会，耐风委员会成立，明石海峡大桥大型风洞试验 "明石要领90" 宫田利雄

1990～1997年多多罗大桥大型风洞试验 "明石试验要领90"

来岛大桥大型风洞试验 "尾道·今治基准94"

1998年 明石海峡大桥建成 "基准（案）98"

1999年 尾道·今治线路完成

三、各抗风设计基准的特点

抗风设计基准的编制是和大跨度桥梁的建设相互制约与促进的，构成桥梁抗风设计基准体系的各抗风设计基准的特点如下：

1．"指针64"

（1）设定了考虑高度分布等因素的基本风特性

(2)提出了考虑重现期的基本风速设定 方法

2."指针67"

（1）确定呜门海峡的基本风速为50m/s，其他地区为45m/s

(2)考虑重限期为100年，150-年

（3）施工中的风速重限期为30年

（4）根据紊流尺度和结构尺寸的关系修正设计风速

（5）根据风速设定设计中考虑的迎角为±5°，±10°

3．"基准72"

（1）明确了抗风设计的流程

（2）基本风速分为四个区域，重现期为150年

（3）设计风荷载考虑阵风反应的修正

（4）设定了风洞试验基准和容许误差

（5）迎角为±7°

4．"基准75"

（1）基本风速分为五个区域

（2）修改风速高度分布

（3）修正考虑风荷载时的容许应力增加系数

（4）确定了施工中核核用的风荷载

（5）在风洞试验基准中增加主塔的模型试验

5．"基准76"

（1）为了和上部结构设计基准相一致，对风荷载的 计算 方法 进行部分修改

（2）在"风洞试验要领80"中，增加模型制作，试验结果整理的 内容

6．"明石要领90"

（1）针对明石海峡大桥的专用基准

（2）基本风速改为46m/s

(3）将阵风反应的 影响 由风速的修正改为风荷载的修正在附录中增加阵风反应 分析 方法

（4）结构阻尼分为弯曲、扭转两种

（5）规定进行阵风反应解析校核

(6）校核迎角为±3°

(7）在自激振动的检验风速中考虑风速时间变化

(8）在风洞试验要领中增加成桥后主塔风洞试验等

7．"尾道·今治基准94"

（1）针对尾道、今治线路专用的抗风基准

（2）设定尾道航路的基本风速、风速的高度分布和紊流强度

(3）由阵风反应分析结果进行的风荷载的修正

（4）增加拉索风雨振动的检验

8．"基准（案）98" 总结 大型风洞全桥模型实验 研究 成果

四、结束语