长跨度桥梁防雷技术研究
2016-12-19
长跨度桥梁一般位于水陆交界处,地势空旷,是雷暴极易发生的区域,因此长跨度桥梁的防雷保护是非常重要和关键的。其防雷工程技术不仅包括了桥梁本身的防雷,还包括了各辅助设备,如信息设备、网络系统等的防雷。同时由于不同的防雷设计单位及其人员对于防雷措施存在这不同的理解,对防雷保护措施的运用存在着各种差异。本文在对雷电危害原理分析的基础上,对各种防雷措施进行了分析评价。
1、危害的原理
雷击表现为直击雷和感应雷:直击雷是带电云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象,会因电效应、热效应和机械效应而对桥梁以及人产生危害;感应雷是通过静电感应而使桥梁某一范围带上异种电荷,这种雷击的危害范围非常大,而且还可以通过电力线、电压线等扩大危害的范围。归纳起来,雷电的危害可以分为直接雷击和雷击电磁脉冲两个方面的危害。
2、防雷类别的确定
一般情况下,依据国家防雷标准《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)有关建筑物的防雷分类判断标准,将长跨度桥梁确定为二类防雷建筑物。其预计年发生雷击次数N可以采用该进行计算:。式中:k表示校正系数,在这里取1.5;Ng表示桥梁所处地区雷击大地的年平均密度[次/(km2a)];L、W、H分别表示桥梁的长、宽、高(m)
3、防雷措施的研究
3.1 接闪器
接闪器是防雷措施中最普及的一种保护措施。在安装接闪器时,应本着安全、科学、经济的原则进行。在主塔顶部设计安装避雷针,用于主塔及顶部各种电子设备的直击雷防护,避雷针的固定预埋底板、主塔顶部设备均与主塔的接地主筋相连。桥面照明低杆灯灯杆与金属箱梁或钢筋混凝土箱梁的防雷接地主筋连接;其他所有桥面设施。设备均应直接或间接的与主体接地主筋相连。对于斜拉索或悬索,由于其空间范围大、高度高,无法安装任何接闪器进行保护,因此,应将其两端与大桥主题接地系统进行连接,使雷电流迅速释放,以发挥出接闪器的作用,对桥面和行人车辆起到直击雷的保护效果。
理论上,若采取在侧面安装避雷针,则可以对索塔起到对直击雷的立体防护作用。但实际上,侧击雷闪具有击距远小于滚球半径且雷电流较小,同时桥梁上钢筋结构密集、规格较粗,具有一定的抗雷击能力。因此,对于索塔侧面的保护,通过混凝土钢筋体防护即可,不需要在侧面专门的安装接闪器。
3.2 接地
接地系统是长跨度桥梁主体防雷设计的重点,接地系统可以利用基础桩中的结构主筋作为接地体,每个主塔选择一定数量的基础桩作为防雷接地桩,在防雷接地桩中选择结构主筋作为防雷接地主筋,如果电阻偏大,则应适当增加数量。基础桩中防雷接地主筋与承台下层横向防雷接地主筋相连,将索塔下塔柱内所选择的防雷接地主筋与承台上层横向防雷接地主筋相连;下塔柱防雷接地主筋全线电气连接。从而保证了全部雷电流经过多次再分流流入大量并联式放电通道。将塔顶的避雷针等设备的预埋件与防雷接地主筋相连;将钢箱梁下横梁的接地预埋钢板相连接。引桥箱梁内防雷接地主筋应从上到下全线连接,直接与箱梁下部接地预埋钢板相连接。每个桥墩处的预留钢板与箱梁内的接地主筋相连接,从而实现整个系统的全线连接接地。
在接地布置方面,考虑到长跨度桥的基础接地往往同时兼作其他信息接地、顾对电阻的要求可达到1Ω以下,一般情况下,索塔基础桩数量较多,且深度在20米以上,在土壤电阻率较低的区域已经可以满足要求。对于土壤电阻率较高的特殊地区,则可以考虑引申辅助人工接地体,这是,索塔承台必须预留出扁钢接地,以便与辅助接地体连接。
3.3 均压等电位
长跨度桥梁,主塔较高、引下线较长,为了减少侧面雷击的发生,同时减少电感电压、降低反击电压,一般应在桥面以上主塔的防雷接地主筋每隔10米假设一个均压环。桥面铺装层内钢筋网、板钢筋或钢面板与箱梁或桥墩内的用作防雷引下线的钢筋可靠焊接,桥面其他金属设施,如栏杆、护栏、灯柱等,可将其视为等电位连接网与防雷主筋连接。对于桥面铺设的钢筋网应纵向每隔12米在桥面的横向两端各等点位连接一次。伸缩缝附近的金属栏杆、护栏等应做等电位跨接处理。同时为了满足以后安装其他各类设备的等电位连接需要,在其对应位置应预埋等点位接地预留件。拱肋内金属物体均与拱肋内部构造钢筋相连接,斜拉索两端固定预埋件均就近与防雷装置进行连接,金属套管等金属物体的两端均应与避雷钢筋进行连接。
3.4 屏蔽
长跨度桥梁一般都与底面有一定的高度,特别是钢桥梁结构必定与地面存在着场的干扰问题,并贴全桥布设电力管道等强弱电线路,相互之间也存在着严重的干扰问题,何况雷击时,强大电磁脉冲会对电力电信设施及中控机房进行干扰。常见的屏蔽措施有:(1)强弱电线路应穿金属管屏蔽,并具有一定的安全性;(2)应设置强弱竖井,并设置金属桥架;(3)对于重要区域,如机房可对墙体采用一定尺寸的金属网络等。
长跨度桥梁的雷电防护是一项系统的工程,必须根据工程的特殊性,设计综合的防雷系统,合理的使用接闪、分流、均压等电位、屏蔽、接地等各种措施。同时在施工时,一定要做好检查、测试工作,特别是相关的隐蔽工程,以确保长跨度桥梁主体和信息系统的安全。
参考文献
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