[发明专利]高速铁路高架桥桥墩雷击电磁瞬态简化建模方法

说明书

发明公开了一种高速铁路高架桥桥墩雷击电磁瞬态简化建模的方法，属于高速铁路高架桥雷电防护领域。所述方法首先根据高架桥桥墩的实际结构，获取高架桥桥墩在不同高度下对应横截面的周长数据，并组成相关数据集。然后将高架桥桥墩视为良导体，计算桥墩的趋肤深度，接着拟合桥墩横截面周长与对应高度的函数关系，最后根据趋肤深度以及上述拟合的函数关系以及单位长度阻抗的公式，计算桥墩整体的频变阻抗，获得桥墩的整体频变阻抗模型。本发明忽略了桥墩中的钢筋结构，将高架桥桥墩视为实心良导体，简化了模型的空间复杂度，为雷电流作用下的高架桥桥墩建模提供了简化方法。

技术领域

本发明属于高速铁路高架桥雷电防护领域，具体涉及一种高速铁路高架桥桥墩雷击电磁瞬态建模方法。

背景技术

我国疆土宽阔，地貌复杂多样的特点决定了我国在建设高速铁路的过程中需要大量采用高架桥结构，我国高架桥为钢筋混泥土结构，据统计，高架桥段的比例在50％以上，以京津城际客运专线和京沪高铁为例，高架桥路段分别占到全线的86.6％和80.4％。高架桥相对周围地面位置较高，相比路基段高架桥区段接触网遭受雷击的概率增大。雷击事故是影响高铁安全稳定运行的主要原因之一。

为尽可能避免高速铁路高架桥区段遭受雷击所造成的损失，有必要对高速铁路高架桥区段雷击特性进行研究。高速铁路高架桥区段由接触网导线、绝缘子、支柱、高架桥等组成。在电磁瞬态研究中，接触网导线普遍采用传输线模型等效，绝缘子采用不同闪络判据模型等效，支柱多用波阻抗模型。然而在对于高架桥电磁瞬态的建模还没有统一的方法。即在高速铁路高架桥区段雷击防护领域还存在以下问题：

1)我国高速铁路高架桥主要采用预应力混凝简支梁高架桥，桥梁内部钢筋数量众多，雷击过程中高架桥电磁暂态特性极为复杂。

2)我国疆土辽阔，不同高速铁路区段采用的高架桥的结构形式和几何参数也有差异，使得建立统一的高架桥雷击电磁瞬态模型较为困难。

3)目前大多采用电路模型来等效高架桥模型，但也只是等效了模型本身，未对其内部钢筋结构怎样影响高架桥的引雷特性进行分析。所以利用传统的电磁场建模方法计算高架桥的模型非常困难，而且建模需要耗费大量时间。

发明内容

本文要解决的技术问题是目前在雷电防护中，由于高架桥钢筋结构复杂而导致的高架桥桥墩的建模困难且复杂的问题。

本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种高速铁路高架桥桥墩雷击电磁瞬态简化建模方法，包括以下步骤：

步骤1，通过采样获取高架桥桥墩在不同采样高度下横截面的周长数据，并组成相关数据集；

根据高架桥桥墩结构中各个部分横截面周长随高度变化的关系，首先从下而上将高架桥桥墩分为三个部分：桥墩底部、桥墩中部和桥墩顶部；然后从高架桥桥墩底面开始沿高架桥桥墩垂直方向向上以等距Y取n个点到高架桥桥墩的顶面，将n个点中的任一个点记为点D_x、采样点D_x到高架桥桥墩底面的垂直高度并记为点D_x的采样高度h_x，采样点D_x所在高架桥桥墩的横截面对应的周长并记为采样周长l_x，x＝1，2....n，得到以下数据集：

桥墩底部：

桥墩中部：

桥墩顶部：

其中，H₁为桥墩底部的顶面距离高架桥桥墩底面的垂直高度，H₂为桥墩中部的顶面距离高架桥桥墩底面的垂直高度，H₃为桥墩顶部的顶面距离高架桥桥墩底面的垂直高度，等距Y为H₁、H₂、H₃的公约数，C为常数；

步骤2，建立高架桥桥墩高度与高架桥桥墩横截面的周长之间的函数关系式；