日本桥梁抗风设计标准分析？

基于日本桥梁抗风设计规范的制定过程和编制背景，分析了构成桥梁抗风设计规范体系的抗风设计规范，指出日本抗风设计规范具有可操作性强、体系完善的特点，以期为我国桥梁抗风规范的制定和发展提供参考。

一.前言

随着交通事业的快速发展，自20世纪80年代末以来，我国已建成20多座主跨超过400m的大跨度桥梁。斜拉桥和悬索桥对风的作用比较敏感，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。我国现行的《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021-89)对静风荷载有规定，但不适用于大跨度桥梁，桥梁动态抗风设计和施工中的抗风验算更是空白。因此，在国内从事桥梁抗风研究的单位和专家的积极支持下，总结了我国十几年来桥梁理论研究和风洞试验的成果，并参考和吸收了其他国家桥梁抗风设计规范和标准中的部分成果，历时三年编制完成了我国第一部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)。

《指南》发布四年多来，对大跨度桥梁抗风设计起到了很大的指导作用。但是，由于风的作用和桥梁对风的响应极其复杂，该指南的深度和宽度并不能完全解决桥梁抗风设计和验算中涉及的问题。此外，还应纳入近年来对桥梁抗风进一步研究中获得的新见解和在实际工程中积累的日益丰富的经验，以便更方便、有效和规范地开展桥梁抗风设计。1997年，交通部启动了中华人民共和国和中国交通部行业标准《公路桥梁抗风设计规范》(以下简称《规范》)的编制工作。虽然《准则》的编纂工作已接近尾声，但它的颁布和实施还需要一段时间。虽然“规范”比“指南”前进了一步，但我国大跨度桥梁建设方兴未艾，更恶劣风环境下更大跨度的桥梁建设处于前期准备阶段。而且《规范》并不能完全解决桥梁抗风设计的所有问题，也不能涵盖所有的不同跨度和差异。日本是中国的近邻，经常遭受强台风袭击。自20世纪60年代以来，以本州四国桥为代表的许多大跨度跨海大桥相继建成，桥梁的抗风设计标准日益提高。本文以日本桥梁抗风设计规范(在不影响含义的情况下使用日本文字)为例，阐述桥梁抗风设计规范的变化和体系，以期为我国桥梁抗风设计规范的编制和发展提供一些参考。

第二，日本桥梁抗风设计标准的变化及背景。

近40年来，日本桥梁抗风设计标准经历了各种变化，逐渐形成了完善的体系。

65438-0959年，日本建设省和国营铁路开始组织本州四国联络桥(以下简称四国联络桥)的研究工作。1961年将研究工作委托给日本的民间团体，在民间成立了这座四连桥的技术调查委员会。在这个委员会下，成立了各种小组委员会，以东京大学平比敦教授为首的抗风设计小组委员会在1963开始工作。当时，从对美国风灾旧塔科马大桥的反思中获得的真知灼见已被应用于新塔科马大桥、日本瓦科大桥和英国的大桥。日本有大量抗风非常重要的大跨度桥梁，必须有统一的标准。因此制定了《本州四国大桥抗风设计导则及说明(1964)》(以下简称《导则64》)，后修订为《本州四国大桥抗风设计导则及说明(1964)》。

1970成立了本州四国联络桥公社(以下简称公社)，负责调查研究的主要工作，但委托给民间团体的工作仍由民间团体完成，并成立了以建设部民科研究所大久保博士为首的抗风研究委员会，其主要任务是①制定容纳和吸收“指针67”后新研究成果的抗风设计基准。(2)建立风洞试验基准。③观察抗风实验桥，评估风洞试验的准确性。这个分委会的工作成果是制定了《抗风设计基准(1972)》、《抗风设计基准(1975)》和《抗风设计基准(75)》。修改后改为《本州四国接触桥抗风设计依据(1976)》(以下简称《依据76》)、《本州四国接触桥风洞试验依据(1976)》(以下简称《试验依据76》)。四座桥中，银岛桥、大武门桥、腊珠桥，大久保博士领导的抗风研究委员会的工作以1975结束。

虽然“基准76”是在当时抗风研究最新成果和意见的基础上编制制定的，但在实施过程中也发现了一些新的现象和问题。因为没有足够的时间进行研究，所以在桥梁的抗风设计上，我们不得不采取稍微富裕一点的安全储备。

1976年，为了处理“基准76”和“测试基准76”实施中的问题，分析抗风实验桥的观测数据，在民间成立了以中央大学童内功教授为首的抗风研究小组委员会。70年代末至80年代初，正是讨论研究时期，明石海峡大桥的中跨改为近2000m，保证明石海峡大桥的抗风能力是一个非常重要的课题。在1982 ~ 1987期间，根据明石海峡大桥各种设计方案的抗风研究成果和对桥梁抗风的一些新见解，抗风研究分委会编制制定了《明石海峡。

1989年，第四桥的调查由土木工程学会转入海洋桥梁调查会，同时成立了以横滨国立大学李雄宫田教授为首的防风雨委员会，对《明石要领(案例)88》进行了部分修订，制定了《明石海峡大桥防风设计要领及释义(1990)》(以下简称明石要领90)，同时对原《试验要领76》进行了补充和修订 并制定了“明石海峡大桥(1990)风洞试验要领”(以下简称“明石试验要领90”)。

在确定“明石要领90”和“明石试验要领90”的同时，委员会制定了《尾道、今治、抗风设计基准及解读(1994)》(以下简称《尾道、今治、莱岛桥》)，委员会还总结了《明石要领》后大型风洞全桥模型试验和明石海峡大桥、多多罗大桥、莱岛桥抗风设计取得的研究成果。制定了抗风设计基准(案例)(1998)(以下简称基准(案例)98)。以下是四桥建设与抗风设计基准制定的对比。

1959省日国营铁路建设；平井镇第四桥建设调查研究。

1963“指针64”和“指针67”由民间团体抗风设计委员会制定。

1970，四公组成立。

1971在大久保成立了民间团体抗风小组委员会。

抗风实验桥1972 ~ 1974观测基准72

1975“基准75”和“基准76”是民间团体风阻研究小组委员会制定的。

1976大明门大桥开始“测试基准76”

1977银岛大桥开工。

1978二道坂口线开工。

1980“试验要点80”实桥振动观测

1984实桥振动测试(大武门大桥、南北赞濑户大桥、龟石岛大桥、大岛大桥等。)

1988明石海峡大桥开工，来岛大桥开工《明石要领(案例)88》

1989海洋大桥调查会，抗风委员会成立，明石海峡大桥大型风洞试验“明石要领90”宫田李雄。

1990 ~ 1997多多罗大桥大型风洞试验“明石试验90要领”

来岛大桥“尾道、现治标杆94”大型风洞试验

1998“基准(案例)98”为明石海峡大桥竣工。

1999尾路今治线竣工

三、各抗风设计基准的特点

抗风设计基准的编制与大跨度桥梁的建设相互制约、相互促进。构成桥梁抗风设计基准体系的各个抗风设计基准的特点如下:

1."指针64 "

(1)设置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。

(3)确定自激振动的校核风速为1.2倍设计风速。

2."指针67 "

(1)确定乌蒙海峡基本风速为50m/s，其他地区为45m/s。

(2)考虑100年和150年的期限。

(3)施工期风速的期限为30年。

(4)根据紊流度与结构尺寸的关系，修正设计风速。

(5)根据风速，设计中考虑的攻角为5°和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)考虑阵风响应对设计风荷载进行修正。

(4)设定了风洞试验的基准和允许误差。

(5)攻角为7°。

4.“基准75”

(1)基本风速分为五个区域。

(2)修改风速的高度分布

(3)修正考虑风荷载时的容许应力增大系数。

(4)确定核电施工期间的风荷载。

(5)在风洞试验基准中增加了主塔模型试验。

5."基准76 "

(1)为了与上部结构的设计依据保持一致，对风荷载的计算方法进行了部分修改。

(2)在《风洞试验要领80》中，增加了模型制作和试验结果整理的内容。

6.“明石必需品90”

(1)明石海峡大桥专用基准

(2)基本风速改为46m/s

(3)将阵风响应的影响由风速的修正改为风荷载的修正，并在附录中增加了阵风响应分析方法。

(4)结构阻尼可分为弯曲阻尼和扭转阻尼。

(5)规定阵风响应应进行分析校核。

(6)检查迎角是否为3°。

(7)自激振动试验中考虑风速的时间变化。

(8)风洞试验要领中增加了桥梁成桥后主塔的风洞试验。

7.《魏·金道志·基准94》

(1)尾水和金枝线专用抗风基准。

(2)设定基本风速、风速高度分布和尾水渠路线的紊流强度。

(3)基于阵风响应分析结果的风荷载修正。

(4)增加对电缆风雨振动的检查。

8.《基准(案例)98》总结了大型风洞全桥模型的试验研究成果。

四。结束语

除了上述适用于大跨度桥梁的抗风设计准则外，日本还在1991中为跨度小于200m的桥梁编制了《公路桥抗风设计指南》。40年来，随着日本桥梁的建设，形成了一套完整的桥梁抗风设计准则体系。在编制设计基准的过程中，民间社会发挥了巨大作用。每个基准都有不同的时间和背景，但并不是新的基准就一定比旧的基准更加完善和先进。每个基准都是综合考虑不同桥跨、不同地区、桥位不同地形特征、风洞试验不同要求等因素制定的，具有很强的可操作性。风洞试验是桥梁设计、检测和研究不可缺少的手段。为了正确评估风洞试验的结果,<考试基准76”、“考试要领80”、“明石考试要领90”。此外，每个基准都明确规定了抗风设计最基本的风特性，对阵风响应的影响有详细的规定。以上几点在我国桥梁抗风设计规范的编制中应予以借鉴。

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