大跨度柔性桁架索光伏支架结构性能分析与设计.pdf

大跨度柔性桁架索光伏支架结构性能分

析与设计

2山东电力工程咨询院有限公司山东济南250013

针对土地集约化采用柔性桁架索光伏支架的方案，并对通过计算分析对该支

架的关键技术点提出合理的建议。讨论了柔性桁架索光伏支架拉索受力及挠度的

设计容许值，选取一个五跨柔性桁架索光伏支架，利用SAP2000结构有限元分析

软件对预应力张拉索结构受力状态与变形分析，结果表明柔性桁架索光伏支架预

应力索符合光伏支架承载力与刚度之间的关系，最后对预应力张拉索的张力范围

进行了计算，为今后的相似工程设计提供参考。

0引言

随着经济全球化进程不断加快，能源问题已引起党中央、国务院的高度重视，

作为国民经济发展支柱产业，电力产业的发展受到更为广泛的关注。化石能源日

渐枯竭，而现代生活的方方面面都对能源表现出越来越强的依赖。不可再生能源

供给不足成为人类社会发展的首要问题之一，而开发和利用可再生能源是现今解

决能源问题的策略之一。目前被看做永不枯竭的太阳能已被大家公认为诸多绿色

能源中具有潜力的能源，可有效缓解对传统能源资源需求不足，因此，太阳能光

伏发电技术受到了社会和科研工作者的重视。近年来，山地光伏、渔光互补、农

光互补及大型污水处理厂综合利用等传统刚性光伏支架缺点越来越突出，如占地

面积大、场地平整度要求高、土地无法二次利用等。因此，降低光伏电站成本及

适应各种复杂的场地建设条件，改变传统支架的方式变的很重要。充分利用地形

条件差而光资源较好的地区，柔性光伏支架被推至前沿。首先柔性光伏支架仅承

重支撑结构占用土地面积，对场地面积要求低；其次能适用于各类复杂地形，能

充分二次利用土地空间，具有较好的土地综合经济效益；再次该支架采用柔性张

拉索承重，张拉后的钢索支架承重结构具有较好的力学性能、力学刚度，且造价

相对普通支架较低；综上，柔性支架更能有效推动光伏产业快速发展。

1柔性桁架索光伏支架技术原理

柔性桁架索光伏支架设计方案是把传统刚性支架方案的组件支撑檩条改为钢

绞线，其特点是通过预应力钢绞线张拉，具有较强几何刚度。在光伏组件自重，

以及风压、雪压等不同荷载工况及组合条件下实现10.0~30.0m大跨度跨越，可

解决不同地形的需要。柔性光伏支架主要由预应力钢绞线、端部两侧支撑构件、

中部立柱及横向支撑等构件组成。悬挂体系中的预应力钢索系本身仅在单索竖直

平面内存在刚度，在外荷载作用下索系会产生刚体运动。然而，对于各种复杂地

形下的柔性支架还需要考虑较大的结构跨度，布置方向的光伏组件倾角，并且由

于结构存在较大高差需要考虑风荷载的影响，对于各种工况进行验算，必要对结

构进行防风设计，如增加稳定索、防风锁等形成空间索网体系，以此加大结构的

稳定和承载力。本文对鲁西北地区一座五联跨柔性光伏支架结构进行拉索的受力

与变形分析，并对与张力方位内进行了讨论，为今后的工程设计提供参考。

2工程概况

2.1项目位于鲁北地区盐碱牧场，属于对土地空间的二次开发，选用550wp

多晶硅组件，每个单元0.396Mwp，总装机容量15.84Mwp光伏发电并网项目。项

目发电全部输送至电网端。本工程采用钢结构支撑+预应力索体系架高安装太阳

能光伏电池组件，大跨度空间为牧场解决了大型机械使用空间的难题，能够使光

伏发电站更具有空间感，不影响牧场正常使用，实现了光伏与农牧产业的完美结

合。

2.2结构安全等级为三级，支架设计工作年限25年。光伏组件荷载标准值为

0.15kN/m2；50年一遇基本风压，0.45kN/m2；25年一遇基本风压，0.38kN/m2；

50年一遇基本雪压，0.35kN/m2，25年一遇基本雪压，0.28kN/m2。地面粗糙度

类别为B类，体形系数为+0.8、-0.95，高度变化系数为1.0。建筑抗震设计防类

别为丁类，设防烈度为7度，基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第三

组。

3柔性支架设计选型

3.1选取工程中一个五跨连续柔性光伏支架进行研究，结构总长度为150m，

每跨长度为30.0m，所有支架与地面铰接，承重索与稳定索在两端与钢支架进行

锚固，与中间采用V型锥支架进行连接，以增强结构整体稳定性，承重索和稳定

索均采用锌-5%铝-混合稀土合金镀层钢绞线，直径分别为Φ15.7和Φ13.4，两

端支架高度均为4.50m，端部支架立柱选用Φ180*6.0镀锌无缝钢管，横