【正文】 3 The Lightning Protection Design of Jingzhou Yangtze River Bridge zhangyu College of Atmospheric Physics， NUIST， Nanjing 210044， China Abstract： The Jingzhou Yangtze River Bridge includes not only the structure of the bridge itself, but also the toll stations and management areas and other buildings, so the design of lightning protection should be considered from two aspects. The lightning protection of bridge: We can take the main steel bar of the bridge as the down conductor , and which can be connected with the equipotential of the bridge deck . And meantime, buildings on the bridge has their particularity, so the toll stations and management areas should set up an independent lightning rods and lightning belt because lightning rods of the main tower is installed on a too high height, which can not protects all of the two buildings. The concrete methods should be these as follows. First, we can take the main steel bar in the pillars as the down conductor ， and which can be connected with the bonding bar of the buildings which consist of ground ring beam. Second, equipotential bonding zone of the buildings can be connected with the equipotential bonding belt of bridge deck in a multipoint welding manner. And these actions can finally achieve a plete lightning protection system. Key Words : Lightning protection。 4 引言 （ 1） . 雷電的危害 雷電帶來的危害十分巨大。雷電的危害具體有以下幾種表現(xiàn)形式： ① ． 雷電 擊中 建筑物 后會 在擊中點 產(chǎn)生 極大的 的電壓 并且釋放強大的雷電電流 ， 巨大的電壓 能夠 擊穿 電氣敏感設(shè)備的防護措施（浪涌保護器等），從而直接擊毀設(shè)備 。 （ 2） . 國內(nèi)外對雷電防護的研究 國內(nèi)對于雷電防護技術(shù)發(fā)展的研究現(xiàn)狀： 1980 年前后，國內(nèi)有 科學(xué)家經(jīng)過對 杭州 的一座古塔（ 六和塔 ） 調(diào)查后， 發(fā)現(xiàn)一個很奇特的現(xiàn)象，按照杭州市的建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)公式推算，在它存在的這千年間，塔身至少 應(yīng)遭受上百次 的雷擊，但是六和塔塔身卻沒有什么被雷擊擊中過的痕跡 。 隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代中國的避雷技術(shù)已經(jīng)遠遠不是那個時候的“消雷器”可以比擬的了 。三年后，該委員會頒布了《雷電電磁感應(yīng)的防護方法》。 [2]可以說，在步入新世紀以前，以美國為首的外國國家對防雷技術(shù)的研究水平是比我國更高的 ，現(xiàn)在看來，我國的防雷技術(shù)也已經(jīng)有了長足的發(fā)展。 雷電對橋梁的破壞作用主要有破壞主塔塔身塔頂、破壞橋面上的各種設(shè)備（攝像機、信號燈等設(shè)備）、對橋面上的管理區(qū)和收費站等造成擊穿，傷害到建筑物內(nèi)部的辦公人員或者電氣敏感設(shè)備、破壞路燈等照明設(shè)備。由于 當(dāng)?shù)貧夂虺睗?，多發(fā)雷雨天氣 ，所以必須要做好防雷的施工設(shè)計 。其中北汊通航孔橋 和南汊通航孔橋上分別 設(shè)有 兩座 H 型主塔。 大橋的南北出入口設(shè)有收費站，在北汊通航孔橋上設(shè)有管理區(qū)等建筑，管理區(qū)高約 20m。在收費站旁設(shè)置專用的 額定電壓 380v， 頻率為 50Hz 的分配電柜 ，這樣的話 ，既保證了傳輸線路上電壓的穩(wěn)定性，又保證了有雷電擊中一級配電柜時，不會造成所有設(shè)備都遭受雷電電流的損害 。 大橋上的照明系統(tǒng)包括：路燈，橋面地?zé)簟?6 （ 3） 承臺、樁基礎(chǔ)整體設(shè)計為接地裝置，通流導(dǎo)流； （ 4） 對橋面上管理區(qū)進行防雷設(shè)計； （ 5） 對橋面上收費站進行防雷設(shè)計； （ 6） 對管理區(qū)以及收費站這些建筑物內(nèi)部的電氣設(shè)備、信息系統(tǒng)設(shè)備進行內(nèi)部防雷設(shè)計。 2. 外部防雷 防雷等級的計算 根據(jù)荊州市市氣象局有關(guān)地區(qū)氣象條件的資料顯示，大橋所處的區(qū)域年平均雷暴日大約是 20d，由以下的公式，我們能夠計算得出年預(yù)計雷擊次數(shù)： N = K Ng Ae Ng = ； 當(dāng)橋面高度小于 100 米時， Ae = [LW+2(L+W) √H（ 200?H） +14π H(200?H)]10?6； 當(dāng)橋面高度高于 100 米時， Ae =[LW+2(L+W)+π H2 ]10?6； 其中 N是大橋年預(yù)計雷擊次數(shù)（次 /a）； Ng 是大橋所處地區(qū)雷擊年平均密度 [ 次(km a)]； K是校正系數(shù)，荊州長江大橋區(qū)域校正系數(shù) K取 ； Ae 是和建筑物截收面積相同的雷擊次數(shù)的等效面積 (km2)； Td 是年平均雷暴日數(shù)，查表得知，荊州的平均雷暴日 Td 為 ； L、 W、 H是建筑物的長、寬、高； 可見，荊州長江大橋橋面全長 米，寬為 米，高度應(yīng)該取最高點北汊通航孔橋的主塔高度加上橋墩露出水面的高度，為 += 米； Ae=[ +2（ +） +π ] 10?6=（ km2） ； Ng= =[ 次(km a)]； N= =（次 /a） ； 由國標 50057/2021，年預(yù)計累計次數(shù)大于 次的人員密集的公共建筑物為二類建筑物。 為了主塔部分免遭直擊雷損害，我們需要在主塔頂端安裝避雷針，避雷針的安裝方式可以參考下圖所示，即避雷針和避雷帶相結(jié)合的方式 （圖 3）。在固定至塔頂時選用厚度 25mm，半徑 的 A3 型鋼板。 由于 荊州長江大橋的橋面跨度較大，主跨度達到了 2557 米，安裝在主塔頂部的避雷針和避雷帶保護范圍無法 完全的保護到橋面上的行人和車輛 ， 并且 就算能保護 到 的 地點 也 無法保障能夠 完全 消除那些 小于該半徑 對應(yīng)的雷電流 的雷電電流 。 同時主塔內(nèi)主鋼筋和橋面避雷帶作可靠電氣連接， 這樣可以實現(xiàn)對橋面的全面保護。 圖 6 是大橋橋面上路燈位置的示意圖。2） 2 經(jīng)計算 X=， 所以，路燈和路燈之間設(shè)置的距離最短應(yīng)該為 米，這樣才能保證橋面 上的車輛和行人 得到全面的防雷保護。主鋼筋上部和避雷針相焊接，下部和橋面等電位連接帶相焊接。同樣的上端與橋面等電位連接帶焊接，下端和樁基礎(chǔ)的鋼筋網(wǎng)格相連。當(dāng)雷電流擊中斜拉索時，表面 PE 層會被瞬間擊穿，同時雷電流會流經(jīng)斜拉索內(nèi)部，此時需要將雷電電流泄放入大地。 10 橋面接地網(wǎng)便形成了等電位連接帶，這樣就可以有效保護到橋面上的行人、車輛以及電氣設(shè)備等重要物品。如圖 8 所示，為了使承臺內(nèi)具有的鋼制護筒和鋼筋共同用作接地極，應(yīng)該將這些鋼筋和鋼護筒用直徑 22mm 的圓鋼環(huán)繞焊接到一起。 12 的 避雷針 和避雷帶作可靠焊接 。 由于屋面設(shè)有一熱水器和水塔，所以在做防雷設(shè)計的時候應(yīng)該將這二者考慮在內(nèi)。設(shè)避雷針的長度為 Xm，水塔高度為 ，避雷針距離熱水器最遠距離 。 計算 = √[X （ 245?X） ]? √[（ 245?） ]； √(90???)?? = + 90X?X2 = X = 所以避雷針的桿長最少應(yīng)為 米，才能實現(xiàn)對屋面熱水器和水塔的全面保護。 引下線 管理區(qū)的引下線同樣不需要單獨設(shè)置，可以利用建筑物的 框架柱 內(nèi)主鋼筋作 為 引下線。均壓環(huán)可以使用直徑不小于 12mm 的圓鋼或者橫截面積不小于 5mm 40mm 的扁鋼環(huán)繞建筑物做成一圈。這種接地極被稱作是自然接地體，同時將支 各個