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柔性光伏支架构造特性分析及其优化设计

唐俊福;林建平;霍静思

【摘要】针对承受不同形式的水平力承载构件的柔性光伏支架进展模拟计算,比照

3种水平力承载构件构造形式的受力特点,并争论水平力承载构件与地面倾角θ的

变化对构造力学行为的影响.结果说明:当拉索加钢立柱和单侧钢斜柱构造形式的场

地不受限制时,水平力承载构件与水平倾角可取偏小值;而八字形钢斜柱构造形式的

倾角处于合理范围时,钢斜柱长度和竖向分力相对较小,且构造失稳临界荷载较大;当

地质条件良好或场地有适宜的锚固位置时,承受斜拉索作为水平力承载构件比承受

单侧钢斜柱或八字形钢斜柱更合理;当地质条件不良时,承受八字形钢斜柱的柔性光

伏支,下部根底构造易于设计,构造受力更为合理.

【期刊名称】《华侨大学学报〔自然科学版〕》

【年(卷),期】2019(040)003

【总页数】7页(P331-337)

【关键词】柔性光伏支架构造;水平力承载构件;拉索;倾角;非线性

【作者】唐俊福;林建平;霍静思

【作者单位】华侨大学土木工程学院,福建厦门361021;华侨大学土木工程学院,福

建厦门361021;华侨大学土木工程学院,福建厦门361021

【正文语种】中文

【中图分类】TU318

随着社会能源日益枯竭，太阳能等能源的利用倍受关注[1-3].近年来，我国的光伏

太阳能产业不断进展.其中，分布式光伏发电能够因地制宜，充分发挥太阳能资源

，具有较高的经济性和投资价值[4]，所以，分布式光伏太阳能发电工程在国内蓬

勃进展.在优质土地资源日益紧急的状况下，传统光伏支架因占地面积大、场地平

坦度要求高、土地无法二次利用[5-6]等缘由，建设进展受到限制.而柔性光伏支

仅支撑构造占用土地面积，对场地面积要求较低，能广泛应用于各类简单地形.该

支架承受索进展承重，索承重构造拥有较好的力学性能[7-8]，能够进展大跨度张

拉.目前，索承重的构造较多应用于桥梁构造中[9-11]，对索承重构造的争论也日

益成熟[12-17]，假设选择承受承重索的单层钢构造，承重索可以跨越山川、荒漠

等简单地形，在索上铺设光伏太阳能设备.柔性光伏支架造价相对较低，且能充分

利用空间资源和太阳能资源，因此，具有良好的经济效益.该支架构造与传统的构

造受力特点不同，由于需要对承重索进展预应力张拉，以形成大跨度索承重柔性支

架，因此，钢梁除了需要承受竖向荷载还需要承受较大的水平荷载.目前，已有学

者对此类构造进展争论[18-19].然而，我国承受柔性支架的光伏发电工程还处于起

步阶段，实际的案例不多，还未大规模应用于水塘、林地等简单地形.因此，本文

争论3种不同水平力承载构件构造形式的力学特性，并探讨水平力承载构件与地面

倾角的变化对构造受力性能的影响.

1柔性光伏支架构造特性分析

柔性光伏支架指的是由柔性承重索、钢立柱、钢斜柱或斜拉索、钢梁及根底组成的

一种支架，具有构造简洁、材料使用较少、质量轻、建设周期短等传统支架所缺乏

的优点[20].柔性光伏支架的承重索承受钢绞线等柔性组件，此类柔性组件具有弹

性模量大、松弛率低、强度高等优点，能够进展大跨度张拉，从而躲避场地的起伏

等不利因素.因而，柔性光伏支架能因地制宜，受地形地貌的限制条件少.

与主要承受竖向荷载的一般刚性支架受力特点不同，柔性光伏支架承受的承重索需

要进展预应力张拉，形成肯定的刚度以铺设光伏组件.张拉的承重索索力会对支

产生较大的水平荷载.此外，承重索传给柱顶的水平拉力会使根底产生较大的剪力

和拉拔力.因此，考虑承受何种类型的水平力承载构件担当水平力，以到达受力合

理且对根底要求最低，是设计的要点.

水平力承载构件有3种形式:在柱顶处配备斜拉索；在柱顶单侧处设置钢斜柱；在

柱顶处设置八字形钢斜柱.不同形式的柔性光伏支架构造受力图,如图1所示.图1中：

L为水平力承载构件的长度.

(a)斜拉索(b)钢斜柱(c)八字形钢斜柱图1不同形式的柔性光伏支

架构造受力示意图Fig.1Mechanicaldiagramsofdifferenttypesofflexible

photovoltaicsupportstructure

2柔性光伏支架构造参数分析及优化

2.1构造参数

模型构造跨度为71.30m，柱高为2.95m，边跨柱距为3.95m，中跨分别为

4.25,4.10m；承重索承受直径20mm的镀锌钢绞线，其强度为1670MPa；钢

梁承受尺寸为3