長跨度橋梁防雷技術研究
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是非常重要和關鍵的。其防雷工程技術不僅包括了橋梁本身的防雷,還包括了各輔助設備,如信息設備、網絡系統(tǒng)等的防雷。同時由于不同的防雷設計單位及其人員對于防雷措施存在這不同的理解,對防雷保護措施的運用存在著各種差異。本文在對雷電危害原理分析的基礎上,對各種防雷措施進行了分析評價。
1、危害的原理
雷擊表現(xiàn)為直擊雷和感應雷:直擊雷是帶電云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象,會因電效應、熱效應和機械效應而對橋梁以及人產生危害;感應雷是通過靜電感應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方面的危害。
2、防雷類別的確定
一般情況下,依據國家防雷標準《建筑物防雷設計規(guī)范》(GB50057-94)有關建筑物的防雷分類判斷標準,將長跨度橋梁確定為二類防雷建筑物。其預計年發(fā)生雷擊次數(shù)N可以采用該進行計算:。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措施。在安裝接閃器時,應本著安全、科學、經濟的原則進行。在主塔頂部設計安裝避雷針,用于主塔及頂部各種電子設備的直擊雷防護,避雷針的固定預埋底板、主塔頂部設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;其他所有橋面設施。設備均應直接或間接的與主體接地主筋相連。對于斜拉索或懸索,由于其空間范圍大、高度高,無法安裝任何接閃器進行保護,因此,應將其兩端與大橋主題接地系統(tǒng)進行連接,使雷電流迅速釋放,以發(fā)揮出接閃器的作用,對橋面和行人車輛起到直擊雷的保護效果。
理論上,若采取在側面安裝避雷針,則可以對索塔起到對直擊雷的立體防護作用。但實際上,側擊雷閃具有擊距遠小于滾球半徑且雷電流較小,同時橋梁上鋼筋結構密集、規(guī)格較粗,具有一定的抗雷擊能力。因此,對于索塔側面的保護,通過混凝土鋼筋體防護即可,不需要在側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計的重點,接地系統(tǒng)可以利用基礎樁中的結構主筋作為接地體,每個主塔選擇一定數(shù)量的基礎樁作為防雷接地樁,在防雷接地樁中選擇結構主筋作為防雷接地主筋,如果電阻偏大,則應適當增加數(shù)量?；A樁中防雷接地主筋與承臺下層橫向防雷接地主筋相連,將索塔下塔柱內所選擇的防雷接地主筋與承臺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備的預埋件與防雷接地主筋相連;將鋼箱梁下橫梁的接地預埋鋼板相連接。引橋箱梁內防雷接地主筋應從上到下全線連接,直接與箱梁下部接地預埋鋼板相連接。每個橋墩處的預留鋼板與箱梁內的接地主筋相連接,從而實現(xiàn)整個系統(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接地往往同時兼作其他信息接地、顧對電阻的要求可達到1Ω以下,一般情況下,索塔基礎樁數(shù)量較多,且深度在20米以上,在土壤電阻率較低的區(qū)域已經可以滿足要求。對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,索塔承臺必須預留出扁鋼接地,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,為了減少側面雷擊的發(fā)生,同時減少電感電壓、降低反擊電壓,一般應在橋面以上主塔的防雷接地主筋每隔10米假設一個均壓環(huán)。橋面鋪裝層內鋼筋網、板鋼筋或鋼面板與箱梁或橋墩內的用作防雷引下線的鋼筋可靠焊接,橋面其他金屬設施,如欄桿、護欄、燈柱等,可將其視為等電位連接網與防雷主筋連接。對于橋面鋪設的鋼筋網應縱向每隔12米在橋面的橫向兩端各等點位連接一次。伸縮縫附近的金屬欄桿、護欄等應做等電位跨接處理。同時為了滿足以后安裝其他各類設備的等電位連接需要,在其對應位置應預埋等點位接地預留件。拱肋內金屬物體均與拱肋內部構造鋼筋相連接,斜拉索兩端固定預埋件均就近與防雷裝置進行連接,金屬套管等金屬物體的兩端均應與避雷鋼筋進行連接。
3.4 屏蔽
長跨度橋梁一般都與底面有一定的高度,特別是鋼橋梁結構必定與地面存在著場的干擾問題,并貼全橋布設電力管道等強弱電線路,相互之間也存在著嚴重的干擾問題,何況雷擊時,強大電磁脈沖會對電力電信設施及中控機房進行干擾。常見的屏蔽措施有:(1)強弱電線路應穿金屬管屏蔽,并具有一定的安全性;(2)應設置強弱豎井,并設置金屬橋架;(3)對于重要區(qū)域,如機房可對墻體采用一定尺寸的金屬網絡等。
長跨度橋梁的雷電防護是一項系統(tǒng)的工程,必須根據工程的特殊性,設計綜合的防雷系統(tǒng),合理的使用接閃、分流、均壓等電位、屏蔽、接地等各種措施。同時在施工時,一定要做好檢查、測試工作,特別是相關的隱蔽工程,以確保長跨度橋梁主體和信息系統(tǒng)的安全。
參考文獻
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