長跨度橋梁防雷技術(shù)研究
2016-12-19
長跨度橋梁一般位于水陸交界處,地勢空曠,是雷暴極易發(fā)生的區(qū)域,因此長跨度橋梁的防雷保護(hù)是非常重要和關(guān)鍵的。其防雷工程技術(shù)不僅包括了橋梁本身的防雷,還包括了各輔助設(shè)備,如信息設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等的防雷。同時(shí)由于不同的防雷設(shè)計(jì)單位及其人員對(duì)于防雷措施存在這不同的理解,對(duì)防雷保護(hù)措施的運(yùn)用存在著各種差異。本文在對(duì)雷電危害原理分析的基礎(chǔ)上,對(duì)各種防雷措施進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。
1、危害的原理
雷擊表現(xiàn)為直擊雷和感應(yīng)雷:直擊雷是帶電云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象,會(huì)因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)而對(duì)橋梁以及人產(chǎn)生危害;感應(yīng)雷是通過靜電感應(yīng)而使橋梁某一范圍帶上異種電荷,這種雷擊的危害范圍非常大,而且還可以通過電力線、電壓線等擴(kuò)大危害的范圍。歸納起來,雷電的危害可以分為直接雷擊和雷擊電磁脈沖兩個(gè)方面的危害。
2、防雷類別的確定
一般情況下,依據(jù)國家防雷標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94)有關(guān)建筑物的防雷分類判斷標(biāo)準(zhǔn),將長跨度橋梁確定為二類防雷建筑物。其預(yù)計(jì)年發(fā)生雷擊次數(shù)N可以采用該進(jìn)行計(jì)算:。式中:k表示校正系數(shù),在這里取1.5;Ng表示橋梁所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度[次/(km2a)];L、W、H分別表示橋梁的長、寬、高(m)
3、防雷措施的研究
3.1 接閃器
接閃器是防雷措施中最普及的一種保護(hù)措施。在安裝接閃器時(shí),應(yīng)本著安全、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的原則進(jìn)行。在主塔頂部設(shè)計(jì)安裝避雷針,用于主塔及頂部各種電子設(shè)備的直擊雷防護(hù),避雷針的固定預(yù)埋底板、主塔頂部設(shè)備均與主塔的接地主筋相連。橋面照明低桿燈燈桿與金屬箱梁或鋼筋混凝土箱梁的防雷接地主筋連接;其他所有橋面設(shè)施。設(shè)備均應(yīng)直接或間接的與主體接地主筋相連。對(duì)于斜拉索或懸索,由于其空間范圍大、高度高,無法安裝任何接閃器進(jìn)行保護(hù),因此,應(yīng)將其兩端與大橋主題接地系統(tǒng)進(jìn)行連接,使雷電流迅速釋放,以發(fā)揮出接閃器的作用,對(duì)橋面和行人車輛起到直擊雷的保護(hù)效果。
理論上,若采取在側(cè)面安裝避雷針,則可以對(duì)索塔起到對(duì)直擊雷的立體防護(hù)作用。但實(shí)際上,側(cè)擊雷閃具有擊距遠(yuǎn)小于滾球半徑且雷電流較小,同時(shí)橋梁上鋼筋結(jié)構(gòu)密集、規(guī)格較粗,具有一定的抗雷擊能力。因此,對(duì)于索塔側(cè)面的保護(hù),通過混凝土鋼筋體防護(hù)即可,不需要在側(cè)面專門的安裝接閃器。
3.2 接地
接地系統(tǒng)是長跨度橋梁主體防雷設(shè)計(jì)的重點(diǎn),接地系統(tǒng)可以利用基礎(chǔ)樁中的結(jié)構(gòu)主筋作為接地體,每個(gè)主塔選擇一定數(shù)量的基礎(chǔ)樁作為防雷接地樁,在防雷接地樁中選擇結(jié)構(gòu)主筋作為防雷接地主筋,如果電阻偏大,則應(yīng)適當(dāng)增加數(shù)量?；A(chǔ)樁中防雷接地主筋與承臺(tái)下層橫向防雷接地主筋相連,將索塔下塔柱內(nèi)所選擇的防雷接地主筋與承臺(tái)上層橫向防雷接地主筋相連;下塔柱防雷接地主筋全線電氣連接。從而保證了全部雷電流經(jīng)過多次再分流流入大量并聯(lián)式放電通道。將塔頂?shù)谋芾揍樀仍O(shè)備的預(yù)埋件與防雷接地主筋相連;將鋼箱梁下橫梁的接地預(yù)埋鋼板相連接。引橋箱梁內(nèi)防雷接地主筋應(yīng)從上到下全線連接,直接與箱梁下部接地預(yù)埋鋼板相連接。每個(gè)橋墩處的預(yù)留鋼板與箱梁內(nèi)的接地主筋相連接,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的全線連接接地。
在接地布置方面,考慮到長跨度橋的基礎(chǔ)接地往往同時(shí)兼作其他信息接地、顧對(duì)電阻的要求可達(dá)到1Ω以下,一般情況下,索塔基礎(chǔ)樁數(shù)量較多,且深度在20米以上,在土壤電阻率較低的區(qū)域已經(jīng)可以滿足要求。對(duì)于土壤電阻率較高的特殊地區(qū),則可以考慮引申輔助人工接地體,這是,索塔承臺(tái)必須預(yù)留出扁鋼接地,以便與輔助接地體連接。
3.3 均壓等電位
長跨度橋梁,主塔較高、引下線較長,為了減少側(cè)面雷擊的發(fā)生,同時(shí)減少電感電壓、降低反擊電壓,一般應(yīng)在橋面以上主塔的防雷接地主筋每隔10米假設(shè)一個(gè)均壓環(huán)。橋面鋪裝層內(nèi)鋼筋網(wǎng)、板鋼筋或鋼面板與箱梁或橋墩內(nèi)的用作防雷引下線的鋼筋可靠焊接,橋面其他金屬設(shè)施,如欄桿、護(hù)欄、燈柱等,可將其視為等電位連接網(wǎng)與防雷主筋連接。對(duì)于橋面鋪設(shè)的鋼筋網(wǎng)應(yīng)縱向每隔12米在橋面的橫向兩端各等點(diǎn)位連接一次。伸縮縫附近的金屬欄桿、護(hù)欄等應(yīng)做等電位跨接處理。同時(shí)為了滿足以后安裝其他各類設(shè)備的等電位連接需要,在其對(duì)應(yīng)位置應(yīng)預(yù)埋等點(diǎn)位接地預(yù)留件。拱肋內(nèi)金屬物體均與拱肋內(nèi)部構(gòu)造鋼筋相連接,斜拉索兩端固定預(yù)埋件均就近與防雷裝置進(jìn)行連接,金屬套管等金屬物體的兩端均應(yīng)與避雷鋼筋進(jìn)行連接。
3.4 屏蔽
長跨度橋梁一般都與底面有一定的高度,特別是鋼橋梁結(jié)構(gòu)必定與地面存在著場的干擾問題,并貼全橋布設(shè)電力管道等強(qiáng)弱電線路,相互之間也存在著嚴(yán)重的干擾問題,何況雷擊時(shí),強(qiáng)大電磁脈沖會(huì)對(duì)電力電信設(shè)施及中控機(jī)房進(jìn)行干擾。常見的屏蔽措施有:(1)強(qiáng)弱電線路應(yīng)穿金屬管屏蔽,并具有一定的安全性;(2)應(yīng)設(shè)置強(qiáng)弱豎井,并設(shè)置金屬橋架;(3)對(duì)于重要區(qū)域,如機(jī)房可對(duì)墻體采用一定尺寸的金屬網(wǎng)絡(luò)等。
長跨度橋梁的雷電防護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程,必須根據(jù)工程的特殊性,設(shè)計(jì)綜合的防雷系統(tǒng),合理的使用接閃、分流、均壓等電位、屏蔽、接地等各種措施。同時(shí)在施工時(shí),一定要做好檢查、測試工作,特別是相關(guān)的隱蔽工程,以確保長跨度橋梁主體和信息系統(tǒng)的安全。
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