湿陷性黄土地区光伏支架的结构形式和受力性能

刘婷

摘要：由于原始地形影响，致使基底下地层厚度不均。由此可见，地基土不均匀问题很突出。因此，荷载和地基土的不均匀性是建筑物不均匀沉降的主要原因。在平价上网的大背景下，光伏的上网电价逐年降低，这意味着行业内降本增效的需求越来越大。此时，传统的粗放式设计已不适应行业的发展现状，需要通过一系列的科技创新和技术进步，加快成本下降和提升发电效率的步伐，尽早使光伏行业摆脱对政策补贴的依赖。在湿陷性黄土地区光伏设计中，支架的设计关系到电站的投资、规模和发电效率，是设计中一个非常重要的环节，因此，有必要对光伏支架的结构形式和受力性能进行分析，以此达到降本增效的目的。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对湿陷性黄土地区光伏支架的结构形式和受力性能提出了一些建议，以供参考。

关键词：湿陷性黄土地区；光伏支架；结构形式；受力性能

引言

在湿陷性黄土地区，光伏支架的结构出现不均匀沉降，导致上部结构变形过大以至于被破坏，从而影响结构正常使用，需要进行地基处理。所以，通过优化光伏支架上部结构形式的方式解决黄土湿陷性的问题更具有经济性。然而，通过光伏支架檩条绕销栓转动和滑动改变檩条与横梁的转角和距离的方式来改进光伏支架的形式，有效解决基础沉降不均匀引起上部结构破坏的所有问题。与此同时，长圆孔式横梁-檩条光伏支架承载力满足要求。现如今，在湿陷性黄土地区，光伏支架结构相比其他的支架结构更具有经济性。

1、湿陷性黄土相关概述

湿陷性黄土是一个特定的工程术语，按照《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）的定义，湿陷性黄土是指在一定压力作用下受水浸湿，土体结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土。我国黄土分布广阔，西起祁连山脉的东端，东至太行山脉，南抵陕西秦岭，北到长城。原因：其不均匀造成了附加荷载的不均匀，是导致地基不均匀沉降的原因之一。地基土受水浸泡，水平方向为上部积水通过地基层向四周扩散，造成场地内填土体含水量增加，产生变形。垂直方向主要通过灰土垫层四周及填土体下渗至基底下填土和黄土状土层、古土壤层，黄土状土层和古土壤层具自重湿陷性，遇水下沉，从而产生纵向裂缝。含水量逐渐变小，但亦受一定影响。所以，加强结构形式和受力性能的研究十分有意义。

2、标准要点解析

2.1尺寸偏差

无论是钢支架、铝合金支架还是复合材料支架，支架杆件的壁厚是保证支架结构强度的基础，因此规定支架杆件的壁厚不应有负公差。为了充分利用太阳光能，光伏支架装配后的结构应尽量趋近于设计值，以保证光伏组件处于最佳倾角，且结构稳定美观。该标准中的尺寸偏差是指支架出厂前预拼装之后与设计值的偏差，对于固定式支架选取了安装倾角、支架梁标高、支架立柱面、杆件中心线四项关键指标；对于倾角可调式支架额外规定了调节角度与设定值的偏差(调节精度)。

2.2结构稳定性(变形要求)

光伏支架的结构稳定性通过静载荷变形试验进行评估。根据施加在组件平面的载荷方向的不同，分为垂直水平面静载荷变形试验和垂直组件面静载荷变形试验两种，以前者为主。垂直水平面静载荷变形试验时，在组件平面上如图1所示均匀施加面荷载，方向沿水平面法线向下，面荷载值为雪荷载标准值，单位为kN/m2，持续时间1h。观察并记录位移测量仪器的读数及试样的变形情况。垂直组件面静载荷变形试验时，将支架安装在一个倾角为α的固定斜面台上，α为支架组件的安装倾角，在组件平面上如图2所示均匀施加面荷载，方向沿组件平面法线向上，面荷载值为风荷载标准值，单位为kN/m2，持续时间1h。观察并记录位移测量仪器的读数及试样的变形情况。对于固定式支架，柱顶位移应不大于柱高的1/60；对于固定式倾角可调式支架，柱顶位移应不大于柱高的1/80。受弯构件的挠度是保证支架整体结构稳定性的关键。根据GB50797-20126.8.8和GB50429-20074.4.1条的规定，钢支架与铝合金支架主梁的挠度容许值均为l/250，次梁的挠度容许值为l/250(安装无边框光伏组件)、l/200(安装其他形式组件)。该标准中受弯构件的挠度容许值参照上述设计规范并结合实际项目经验确定。

3、湿陷性黄土地区光伏支架的结构形式和受力性能

实际施工过程中，拉索预力的施加主要分为两个阶段:1)先初步张拉主索，在主索上铺设光伏组件，安装完成后调整主索拉力达到预张力设计值;2)进行稳定索的张拉，以调整结构的整体挠度。第一阶段张拉主索，施加预拉力F，需在结构恒载作用下满足变形设计要求，通过计算，结构最大挠度为0.35m，满足变形要求。第二阶段，在主索预张拉完成的情况下张拉稳定索，需要满足主索与稳定索在各工况条件下拉力不超过拉力设计最大值130.2kN，并且结构挠度不超过1.67m。根据工程经验，稳定索预张力f一般不大于主索预张力F，即f≤F，每次计算过程中设定F为定值，f为变量，通过有限元求解各工况下索拉力、挠度的最大值，再增大F进行下一次索拉力、挠度的计算，这样多次循环计算可得到主索与稳定索预张力动态变化下两种索在最不利工况荷载下的最大拉力和挠度。图3、4分别为主索、稳定索预张力大小与主索和稳定索在最不利荷载工况下的最大拉力关系。由图3可知，当稳定索预张力为定值时，随着主索预拉力的增大，主索在最不利工况下的最大拉力也随之增大;当主索预拉力为定值时，增大稳定索的预拉力，可减小主索的最大拉力。由图4可同样得出类似结论，这体现了两种索之间受力转换，并且当某种索的预张力过大或过小时，都会引起整体索系结构的最大拉力过大，在进行预张力设计分配时需要注意。

图5为主索、稳定索预张力大小与主索工况下最大挠度关系，可知拉索的挠度变形均满足刚度要求。由图3~5可确定本项目主索、稳定索预张力可施加大小范围，另外考虑到预拉力需要施加，为方便

施工，主索、稳定索预拉力均设定大于10kN，设计预张力范围如图9阴影部分所示。

结束语

综上所述，基于湿陷性黄土地区光伏支架的结构形式和受力性能，需要对支架标准要点解析，包括尺寸偏差、结构稳定性(变形要求)等等。加强湿陷性黄土地区光伏支架的结构形式和受力性能的分析，提高支架结构形式和性能。使其支架具备简单可靠、方案灵活、发电效果好等优点，在降本增效的压力下，具有广阔的应用前景。对支架可调支架电量增益与应用场景密切相关，适用于高纬度地区、太阳能资源良好地带的光伏项目。对土地成本高昂的项目，可把年最佳倾角作为调节的最大角度进行方案设计，消除固定可调支架应用对土地的影响。在项目规划阶段，可结合当地资源、土地，灵活配置支架方案，使项目收益率最大化，助力平价上网。

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