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1.3支架设计方案
根据光伏组件的排布方式,柔性支架方案可分为横排和竖排两种(见图3、图4);根据跨长可采用单跨和多跨的方案,但因场地条件限制,单跨往往不能满足需要,则需要采用二跨、三跨,甚至更多,中间支座可采用摇摆柱方式有效控制钢绞线的挠度。
支架与端柱及中间柱的连接均要求采用铰接固定方式,以减小应力集中;同时钢绞线张拉安装方便,便于缩短工期、节省造价。
1.4支架适用范围分析
由于柔性支架具有跨度大且跨度范围灵活可调的优势,因此其适用范围更广,包括:
1)适用山地坡度、起伏较大的地区,同时不受植被高低等因素的影响;
2)适用于渔塘、滩涂等地区,突破传统支架受限于水深、区域大小等条件,通过柔性支架10~30m的大跨度方案优势,以及中间可另设支撑柱等方案,解决渔塘、滩涂等地区传统支架无法施工及安装的难点;
3)适用于污水厂水池顶部,因污水厂水处理工艺的要求,大体积水池内部无法安装支架基础,柔性支架可巧妙规避这一难点,使污水厂水池建设光伏电站成为可能。
2.1研究内容及方法
光伏组件柔性支架系统是一种新型的支撑体系,通过将光伏组件固定在张紧于两柱间的钢绞线上的方式来简化组件支架系统。这是一种新型结构,在行业规范与标准中没有充足的设计依据;且该系统利用张紧的钢绞线的轴向拉力抵抗组件重力、雪荷载和风荷载等横向荷载,属于几何非线性受力体系,受力与变形特征复杂。
为了合理设计柔性支架系统,保证其在不同工况下能够安全服役,同时也为其后续设计优化提供支撑,有必要研究不同工况下支架系统的受力与变形规律。
受力计算时可采用理论分析与数值模拟两种方法,两种方法互相验证、互相补充。
柔性支架的设计需考虑自重、风压、雪压不同荷载组合下的工况受力。对于主要受力结构,垂直于建筑物表面上的风荷载标准值wk为:wk=βzμsμzw0(1)式中,βz为高度z处的风振系数;μs为风荷载体型系数;μz为风压高度变化系数;w0为基本风压。对公式中的参数取值重点说明:
1)计算基本风压时,因空气密度越大,风压也越大,为安全起见,取-20℃时的空气密度值,即1.396kg/m3(20℃时为1.205kg/m3)。
2)风压高度变化系数应按实际高度考虑,如组件高度为10m情况下,根据GB5009-2012《建筑结构荷载规范》,A类的风压高度变化系数为1.28,B类为1.00,C类为0.65,D类为0.51。
3)风振系数:组件为风敏感结构,应考虑风压脉动对结构产生风振的影响。如组件高度为10m时,根据GB5009-2012《建筑结构荷载规范》,则不同地面粗糙度时的风振系数分别为:A类1.60、B类1.70、C类2.05、D类2.40。
4)风荷载体型系数是指风作用在构筑物表面一定面积范围内所引起的平均压力(或吸力)与来流风的速度压的比值,它主要与构筑物的体型和尺度有关,也与周围环境和地面粗糙度有关。
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