CN208094486U - 一种基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构 - Google Patents

一种基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构 Download PDF

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翁晓军
成泽钊
张凡
刘汉元
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Abstract

本实用新型公开一种基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，包括立柱和索系，所述立柱呈矩阵排布，所述索系包括横向索、纵向索，所述横向索、纵向索连接立柱，所述横向索、纵向索均有两层，上下布置，上层的横向索和上层的纵向索施加预应力。本实用新型能够控制光伏支架结构在自重荷载工况切变为风雪荷载工况时变形量级，提高光伏支架结构的刚度，为光伏组件的正常安全使用扫除了障碍。

Description

一种基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构
技术领域
本实用新型涉及光伏发电领域，尤其涉及一种基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构。
背景技术
随着光伏产业的蓬勃发展，为适应山地、水面、屋顶等各种复杂安装环境，柔性支架因其跨度大、对材料力学性能的利用效率高、成本低等优势，获得了越来越广泛的关注和应用。
光伏组件承受重力荷载、风荷载与积雪荷载，并传递给索结构。现有的柔性支架方案多为单层索结构体系与刚性框架/桁架组合，虽然能够较好的承受组件的竖向重力荷载及雪荷载，但受限于大垂度(挠度)的结构形态，承受负风压(风作用于组件下面，形成向上的托举力)的能力几乎为零，且大垂度也影响项目的整体美观并对运维(如光伏机器人的应用)带来一定的干扰；刚性框架/桁架实现较大跨度时存在成本挑战与技术风险，从而影响系统更为广泛的应用。同时，单层索结构体系下，由于索要求一定垂度的受力特性，无法施加预应力；水平风荷载及脉动风压往往能够带来索结构体系的显著振动，包括振颤和驰振；严重时甚至可能导致破坏。
如图1所示，现有柔性支架典型的结构，其主体包括立柱3、南北向刚性框架(桁架/钢梁)和东西向单层索结构体系，和一般的简易吊桥相似，组件9悬挂于两条平行索8之间。
现有技术存在以下缺点：
1、结构不能抵抗负风(反重量方向风压)；
2、结构易发生风致振动，包括振颤和驰振及扭转振动；
3、无法施加预应力，初始应力仅由自重产生；在风、雪荷载作用下，结构形变较大，容易造成组件脱落、拉裂、隐裂等破坏；
4、南北方向上的经济跨度有限；
5、跨中挠度较大，与传统刚性支架方案比较，导致项目整体观感差。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，能够控制光伏支架结构在自重荷载工况切变为风雪荷载工况时变形量级，提高光伏支架结构的刚度，为光伏组件的正常安全使用扫除了障碍。
为达到上述目的，本实用新型是采用以下技术方案实现的：
本实用新型公开的基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，包括立柱和索系，所述立柱呈矩阵排布，所述索系包括横向索、纵向索，所述横向索、纵向索连接立柱，所述横向索、纵向索均有两层，上下布置，上层的横向索和上层的纵向索施加预应力。
优选的，横向相邻的立柱之间连接横向索，纵向相邻的立柱之间连接纵向索，所述横向索、纵向索通过锚具和可调式撑杆或非可调式撑杆连接立柱。
进一步的，两层横向索之间设置支撑杆。
优选的，相邻的横向立柱之间的距离为30m至80m，相邻的纵向立柱之间的距离为10m至80m，下层的横向索不少于两根。
优选的，所述下层的横向索有两根，上层的横向索有一根，下层的横向索和上层的横向索与同一立柱的连接撑杆构成三角形撑杆结构。
优选的，上层的纵向索水平设置，上层的纵向索以U形连接方式连接上层的横向索，下层的纵向索连接三角形撑杆结构。
优选的，下层的横向索和下层的纵向索的挠度为1/15至1/25。
进一步的，本实用新型还包括用于安装光伏组件的U型螺栓。
优选的，位于边沿的立柱为“A”字形结构，为现浇钢筋混凝土结构、PHC管桩/环形预应力电杆与钢结构组合结构或钢结构；其他立柱为PHC管桩、环形预应力电杆或现浇钢筋混凝土立柱。
优选的，下层的横向索锚固在立柱上。
本实用新型利用预应力双层索系，较好的解决了柔性支架在应用中的一些典型问题。
特别是，通过预应力的施加，控制了现有结构在自重荷载工况切变为风雪荷载工况时变形量级，提高了结构的刚度，从而为组件的正常安全使用扫除了障碍；通过对组件安装索(东西索桁架的稳定索)进行卸荷/荷载专利，保证了组件的安装平面；稳定索对负风下的变形和振动也有较好的抑制作用。
附图说明
图1为现有技术柔性支架典型的结构示意图；
图2为本实用新型的平面总图；
图3为本实用新型的索网示意图；
图4为单跨南北向主承力索桁架的结构示意图；
图5为图4中1A-1A,1B-1B向的示意图；
图6为南北向主承力索桁架端部结构示意图；
图7为东西向索桁架结构示意图；
图8为图7中2A-2A向的示意图；
图9为末端“A”字形立柱的结构示意图；
图10为光伏组件安装示意图；
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。
本实用新型提供的基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，如图2所示，由立柱3、平面上呈经纬布置的双层索系、连接双层索系的可调式撑杆或非可调式撑杆、及锚具组成；双层索系包括南北向索1和东西向索2，可以且建议连续南北、东西多跨部署，定义南北向为横向，东西向为纵向。
立柱3分为末端柱和中间柱两种形式，其中中间柱同时承受两个相邻跨度索体的荷载，合成后主要形成竖向荷载，末端柱位于阵列外边缘，主要承担单侧拉索传递的竖向荷载及水平荷载。中间柱可采用PHC管桩、环形预应力电杆、现浇钢筋混凝土立柱等型式。如图9所示，末端柱采用“A”字形结构，可采用现浇钢筋混凝土或PHC管桩/环形预应力电杆与钢结构组合或钢结构体系实现，通过锚板31固定在底板5上。柱间距(索跨度)可实现东西向10m到80m；南北向30m到80m。
如图3所示，索网由南北向主承力索桁架和东西次承力索桁架构成。
如图4所示，南北向主承力索桁架沿南北方向平行布置在相邻立柱之间。每两根立柱间布置一跨，每跨由两层上下布置的、至少两根索体，及索体之间的撑杆结构构成索桁架。其中南北向上层索11为稳定索，南北向下层索12为承重索，南北向上层索11呈水平布置，并将自重、上部荷载通过支撑杆4传递给下层承重索；南北向上层索11应施加预应力以提高结构刚度，减小自振周期以应对风致振动。南北向下层索12挠度可控制在1/15到1/25。
如图5、图6所示，考虑南北主承力索桁架的扭转振动、失稳风险，承重索应不少于2根，并与主承力索呈一字型锚固到立柱上；构成一个典型的正三角形撑杆体系6的单跨主承力索。
如图7、图8所示，东西向次承力索桁架沿东西方向平行布置在相邻南北索桁架间，从而形成空间索网结构。东西向次承力索桁架每跨由两层上下布置的至少两根索体，及索体之间的撑杆结构构成所桁架。其中东西向上层索21为稳定索(负风索)，东西向下层索22为承重索。东西向上层索21呈水平布置，以U形连接(JGJ257-2012)连接到南北索系稳定索上，并将自重、上部荷载通过撑杆体系传递给东西向下层承重索；东西向上层索21施加预应力以提高结构刚度，减小自振周期以应对风致振动。东西向下层索22挠度可控制在1/15到1/25布置，跨端通过南北索系的三角形撑杆结构将荷载传给给南北索系的承载索系，构成一个典型的倒三角形撑杆体系7的三跨次承力索。
如图10所示，在东西索桁架稳定索平面10内，采用U型螺栓安装固定光伏组件9。拉索(拉杆)集成了螺杆式千斤顶形式的长度调节机构，并具备自锁功能。运行过程中，如出现索的松弛，可通过调节拉索(拉杆)进一步施加预应力。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，其特征在于：包括立柱和索系，所述立柱呈矩阵排布，所述索系包括横向索、纵向索，所述横向索、纵向索连接立柱，所述横向索、纵向索均有两层，上下布置，上层的横向索和上层的纵向索施加预应力。
2.根据权利要求1所述的基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，其特征在于：横向相邻的立柱之间连接横向索，纵向相邻的立柱之间连接纵向索，所述横向索、纵向索通过锚具和可调式撑杆或非可调式撑杆连接立柱。
3.根据权利要求2所述的基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，其特征在于：两层横向索之间设置支撑杆。
4.根据权利要求2所述的基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，其特征在于：相邻的横向立柱之间的距离为30m至80m，相邻的纵向立柱之间的距离为10m至80m，下层的横向索不少于两根。
5.根据权利要求4所述的基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，其特征在于：所述下层的横向索有两根，上层的横向索有一根，下层的横向索和上层的横向索与同一立柱的连接撑杆构成三角形撑杆结构。
6.根据权利要求5所述的基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，其特征在于：上层的纵向索水平设置，上层的纵向索以U形连接方式连接上层的横向索，下层的纵向索连接三角形撑杆结构。
7.根据权利要求4所述的基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，其特征在于：下层的横向索和下层的纵向索的挠度为1/15至1/25。
8.根据权利要求4所述的基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，其特征在于：还包括用于安装光伏组件的U型螺栓。
9.根据权利要求4所述的基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，其特征在于：位于边沿的立柱为“A”字形结构，为现浇钢筋混凝土结构、PHC管桩/环形预应力电杆与钢结构组合结构或钢结构；其他立柱为PHC管桩、环形预应力电杆或现浇钢筋混凝土立柱。
10.根据权利要求4所述的基于预应力索桁架的零扰度大跨度光伏支架结构，其特征在于：下层的横向索锚固在立柱上。
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