直击雷条件下桁架桥梁防雷系统模型的建立及相关效应研究

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1、分类号：TM865密级：公开UDC：621.3编号：201110141021河北工业大学博士学位论文直击雷条件下桁架桥梁防雷系统模型的建立及相关效应研究论文作者：张岩学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：电气工程指导教师：刘福贵职称：教授资助基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）前期研究专项课题（2012CB723306）。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheDoctorDegreeofElectricalEngineeringDIRECTLIGHTNINGSTR

2、IKESTOTHELIGHTNINGPROTECTIONSYSTEMOFTRUSSBRIDGE:MODELING,ANALYSISANDEXPERIMENTALINVESTIGATIONbyZhangYanSupervisor:Prof.LiuFuguiMay2015ThisworkissupportedbytheNationalKeyBasicResearchProgramofChina(973Program).No.2012CB723306.原创性声明ｍ本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进村研究了作所取得的成果。除文

3、中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内．容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所被及的研究工作做出贡献１的巧他个人或集体，均已在文中＾明确方式枯明。本学位论文原创性声明的法律贵任４：｜＾本人承担。：：円期学位论文作者签名：如／主＾５月修巧．关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工化大学关于收集、保存、化用学位论义的Ｗ下规定：学校有权采巧影印？、缩印、村描、数字化或巧它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文

4、的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部口或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后运用本授权说明）．．；学位论文作者签名：円期疋至主巧／？岛＾＾－导师签名：ｎ期《曰游策：＞，ｉ车Ｓ巧／摘要随着我国国民经济的快速增长，桥梁技术作为交通建设中必不可少部分也得到迅速发展。由于大跨度桥梁多位于水陆交界处，地势空旷，是雷暴极易发生的区域，因此,对桥梁雷电瞬态电磁现象及相关效应进行准确的分析是桥梁防雷设计中不可缺少的环节。本文结合国家重点基础研究发展计划（973计划）前期研究专项的要求，开展

5、了对桁架桥梁在遭遇直击雷时雷电防护系统中瞬态电磁现象的深入研究，并对直击雷条件下桁架桥梁的电磁效应、电动力和热效应进行了定量评估。主要的研究内容如下：1、提出了基于耦合传输线网络模型的桁架桥防雷系统的建模方法，在频域内采用迭代的方法对桁架桥耦合传输线网络方程进行求解，得到了分支导体中电流分布；经过与试验结果和其它方法计算结果的对比表明：本方法不仅在计算精度上达到了工程要求，而且在求解速度和运算量两个方面明显优于其它方法。本方法为快速计算桁架桥内部雷电瞬态磁场分布奠定了基础。2、根据得到的桁架桥金属构架上的瞬态电流分布，考虑不同分段上的电流对空间作用点

6、的时延，得到空间的动态磁失量位函数分布，进而提出了利用差分法计算桁架桥内部空间磁场分布的方法，该方法适合大尺寸桁架桥梁电磁瞬态现象的快速分析计算。3、在试验验证方面，制作了用于瞬态磁场测量的磁场探测线圈，并对测量线圈进行了标定。针对远端测量点上磁场较弱、受干扰严重的情况，采用小波降噪手段还原真实信号，解决了测量中的实际困难。理论与试验相结合，讨论了雷击点位置对磁场分布的影响，雷击点在顶边中点时构架上的电流分布远比雷击顶面角点位置时均匀，因而此种情况下内部磁场分布也更加均匀。4、将电动力和热效应试验应用于桁架桥缩比模型中，直观的评估了雷电电动力和热效应

7、对桁架桥缩比模型的损伤程度；电动力造成的机械性损伤并不严重；雷电的热损伤主要表现为接闪点处的雷电电弧烧蚀作用，而雷电流造成的阻性温升并不会对桁架桥自身造成危害。关键字：直击雷；桁架桥梁；雷电防护系统；耦合传输线模型；雷电瞬态效应IABSTRACTWiththefastgrowthofnationaleconomy,astheessentialpartofthetransportationconstructionthebridgetechnologyhasbeendevelopingrapidly.Thelargespanbridgesarealmos

8、tbuiltontheland-waterinterface,wherethesurroundingsare