CN221283085U - 基于有限元的山地柔性光伏支撑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于有限元的山地柔性光伏支撑结构，属于光伏工程领域，包括斜桩、承台、拉板、U型螺栓、连接板、端立柱、端基础、端横杆、端斜撑、斜拉预应力钢绞线、横拉预应力钢绞线、中立柱、中基础、斜梁、撑杆、光伏组件。本实用新型相较于传统的固定支架采用现场焊接安装，会带来一系列的施工难度问题，如处于山地，光伏阵列跨度大、地势起伏不平陡坡大、风载、雪载等诸多问题，斜拉基础承载力、用钢量大，施工周期长，后期维护成本，用地浪费等。本山地柔性柔性光伏支撑结构，重点在于构件提前预制加工，根据现场实际需求，支架反脚力进行计算，数量统计分析，并进行组装，实现斜拉支撑系统的现场装配式施工。

Description

基于有限元的山地柔性光伏支撑结构

技术领域

本实用新型涉及光伏工程领域，特别是一种基于有限元的山地柔性光伏支撑结构。

背景技术

当今社会节能减排、低碳出行、生态环境保护已经成为一种生活方式。特别是“十四五”期间，风能、太阳能大规模开发和高质量发展，为可再生能源的大规模应用提供了良好的政策环境。在“双碳”目标指引下，保持强劲的增长势头。

在光伏发电项目中，传统的固定支架采用现场焊接安装，会带来一系列的施工难度问题，如处于山地，光伏阵列跨度大、地势起伏不平陡坡大、风载、雪载等诸多问题，斜拉基础承载力、用钢量大，施工周期长，后期维护成本，用地浪费等。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决背景技术中提出的问题，设计了一种基于有限元的山地柔性光伏支撑结构。

实现上述目的本实用新型的技术方案为：

一种基于有限元的山地柔性光伏支撑结构，包括斜桩、承台、拉板、U型螺栓、连接板、端立柱、端基础、端横杆、端斜撑、斜拉预应力钢绞线、横拉预应力钢绞线、中立柱、中基础、斜梁、撑杆、光伏组件，所述斜桩与承台固定连接，所述承台与拉板固定连接，所述拉板与U型螺栓可转动连接，所述U型螺栓与连接板通过螺纹咬合连接，所述端立柱与U型螺栓可转动连接，所述端立柱底部与端基础固定连接，所述端立柱与端横杆固定连接，所述端立柱与端斜撑固定连接，所述斜拉预应力钢绞线两端与连接板固定连接，所述横拉预应力钢绞线两端与端立柱固定连接，所述中立柱与中基础固定连接，所述中立柱与斜梁固定连接，所述横拉预应力钢绞线中间点与斜撑固定连接，所述中立柱与撑杆固定连接，所述横拉预应力钢绞线与光伏组件固定连接。

优选的，每个所述承台分别与两个斜桩固定连接，每个所述承台连接的两个斜桩顶端保持相同的水平度。

优选的，所述端立柱上设有挤压锚具，所述挤压锚具与端立柱固定连接，所述挤压锚具与横拉预应力钢绞线固定连接。

优选的，所述中立柱上设有斜撑，所述斜撑与中立柱固定连接，所述斜撑与斜梁固定连接。

优选的，所述每两个横拉预应力钢绞线为一组，每组所述横拉预应力钢绞线之间的水平角度为11°。

本实用新型提供了一种基于有限元的山地柔性光伏支撑结构，具备以下有益效果：

本装置通过其结构设计，将斜桩、端基础和中基础安装至工程图的指定位置，并将承台、端立柱和中立柱分别固定与斜桩、端基础和中基础上，两个端立柱之间的端横杆与端斜撑与端立柱组成三角形形成稳定体系，使两个端立柱之间的连接更加牢固提高端立柱的承受力，两个中立柱之间采用撑杆连接形成稳定结构，提高中立柱对于横向风荷载的承受力，中立柱顶部装有斜梁提高载荷能力，承台、端立柱和中立柱固定好后通过U型螺栓与连接板将承台上的拉板与端立柱通过斜拉预应力钢绞线连接起来，对整体光伏支撑结构进行固定，斜拉预应力钢绞线连接完成后综合考虑新浇筑混凝土侧压力作用、模块之间对接拼装初内力、风荷载、向阳面与背阳面日照温差等多因素影响，针对山地光伏场区，通过M15.2预应力钢绞线前后端柱的初始应力的非线性屈曲分析，在不同工况下光伏阵列时变分析有限元模拟方法，获得整组预应力的相关曲线，将横拉预应力钢绞线连接于端立柱和中立柱的顶部，最后将横拉预应力钢绞线作为光伏组件的支撑即可完成本山地柔性柔性光伏支撑结构，相较于传统的固定支架采用现场焊接安装，会带来一系列的施工难度问题，如处于山地，光伏阵列跨度大、地势起伏不平陡坡大、风载、雪载等诸多问题，斜拉基础承载力、用钢量大，施工周期长，后期维护成本，用地浪费等。本山地柔性柔性光伏支撑结构，重点在于构件提前预制加工，根据现场实际需求，支架反脚力进行计算，数量统计分析，并进行组装，实现斜拉支撑系统的现场装配式施工。

附图说明

图1是本实用新型所述基于有限元的山地柔性光伏支撑结构的结构示意图；

图2是本实用新型所述端立柱的结构示意图；

图3是本实用新型所述中立柱的结构示意图；

图4是本实用新型所述图1所示A处的放大结构示意图；

图5是本实用新型所述图1所示B处的放大结构示意图；

图6是本实用新型根据温度对应的初始预应力表格图。

图中，1、斜桩；2、承台；3、拉板；4、U型螺栓；5、连接板；6、端立柱；7、端基础；8、端横杆；9、端斜撑；10、斜拉预应力钢绞线；11、横拉预应力钢绞线；12、中立柱；13、中基础；14、斜梁；15、撑杆；16、光伏组件；17、挤压锚具；18、斜撑。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：

一种基于有限元的山地柔性光伏支撑结构，包括斜桩1、承台2、拉板3、U型螺栓4、连接板5、端立柱6、端基础7、端横杆8、端斜撑9、斜拉预应力钢绞线10、横拉预应力钢绞线11、中立柱12、中基础13、斜梁14、撑杆15、光伏组件16，斜桩1与承台2固定连接，承台2与拉板3固定连接，拉板3与U型螺栓4可转动连接，U型螺栓4与连接板5通过螺纹咬合连接，端立柱6与U型螺栓4可转动连接，端立柱6底部与端基础7固定连接，端立柱6与端横杆8固定连接，端立柱6与端斜撑9固定连接，斜拉预应力钢绞线10两端与连接板5固定连接，横拉预应力钢绞线11两端与端立柱6固定连接，中立柱12与中基础13固定连接，中立柱12与斜梁14固定连接，横拉预应力钢绞线11中间点与斜撑18固定连接，中立柱12与撑杆15固定连接，横拉预应力钢绞线11与光伏组件16固定连接。

在本实用新型中，每个承台2分别与两个斜桩1固定连接，每个承台2连接的两个斜桩1顶端保持相同的水平度，通过相同水平度的斜桩1使承台2保持水平。

在本实用新型中，端立柱6上设有挤压锚具17，挤压锚具17与端立柱6固定连接，挤压锚具17与横拉预应力钢绞线11固定连接，通过端立柱6上的挤压锚具17能够加强横拉预应力钢绞线11与端立柱6之间的连接牢固性。

在本实用新型中，中立柱12上设有斜撑18，斜撑18与中立柱12固定连接，斜撑18与斜梁14固定连接，通过中立柱12上的斜撑18能够加强斜梁14的稳定性。

在本实用新型中，每两个横拉预应力钢绞线11为一组，每组横拉预应力钢绞线11之间的水平角度为11°，通过水平角度为11°的横拉预应力钢绞线11使光伏组件16达到最优受光角度。

在本实施方案中：将斜桩1、端基础6和中基础13安装至工程图的指定位置，并将承台2、端立柱6和中立柱12分别固定与斜桩1、端基础6和中基础13上，端立柱6和中立柱12按照地形建立计算模型提前预制，两个端立柱6之间的端横杆8与端斜撑9与端立柱6组成三角形形成稳定体系，使两个端立柱6之间的连接更加牢固提高端立柱6的承受力，两个中立柱12之间采用撑杆15连接形成稳定结构，提高中立柱12对于横向风荷载的承受力，中立柱12顶部装有斜梁14提高载荷能力，中立柱12上的斜撑18能够加强斜梁14的稳定性，承台2、端立柱6和中立柱12固定好后通过U型螺栓4与连接板5将承台2上的拉板3与端立柱6通过斜拉预应力钢绞线10连接起来，对整体光伏支撑结构进行固定，斜拉预应力钢绞线10连接完成后综合考虑新浇筑混凝土侧压力作用、模块之间对接拼装初内力、风荷载、向阳面与背阳面日照温差等多因素影响，针对山地光伏场区，通过M15.2预应力钢绞线前后端立柱6的初始应力的非线性屈曲分析（初始预应力见附图6），在不同工况下光伏阵列时变分析有限元模拟方法，获得整组预应力的相关曲线，将横拉预应力钢绞线11连接于端立柱6和中立柱12的顶部，先张拉前( 下) 钢绞线，后张拉后( 上)钢绞线。张拉后钢绞线时对前钢绞线的影响较小，而张拉前钢绞线会造成后钢绞线较多的应力损失。支撑体系的受力与变形，若将前钢绞线预应力直接张拉至期望值，则由于后钢绞线未张紧，端立柱6会产生较大扭矩，发生扭转变形。这不仅威胁结构安全，同时会造成张拉过程位移增大。进行多遍张拉，端立柱6上的挤压锚具17能够加强横拉预应力钢绞线11与端立柱6之间的连接牢固性，最后将横拉预应力钢绞线11作为光伏组件16的承重索即可完成本山地柔性柔性光伏支撑结构。

工程处于山地地段，支架及基础所考虑的荷载为：结构自重、预应力作用、风荷载、雪荷载和温度作用。按照B类地形确定高度系数，取1.0。得到上下露空情况下单坡面板的风荷载体型系数。光伏板实际倾角21度，得到μs1=0.865，μs12=0.86-1.03。考虑工程位于山地，考虑1.2的山地影响系数，则每一块光伏组件16承受的均布线荷载为：

南风：0.36*1.134*0.8*1.5*1.2=0.588KN/m

北风：0.36*1.134*(-0.95)*1.5*1.2=-0.698KN/m

无地震作用效应组合时，荷载组合效应的设计值应按下式计算：

S _d =γ _G S _Gk +γ _w ψ _w S _wk +γ _s ψ _s S _sk

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于有限元的山地柔性光伏支撑结构，其特征在于：包括斜桩（1）、承台（2）、拉板（3）、U型螺栓（4）、连接板（5）、端立柱（6）、端基础（7）、端横杆（8）、端斜撑（9）、斜拉预应力钢绞线（10）、横拉预应力钢绞线（11）、中立柱（12）、中基础（13）、斜梁（14）、撑杆（15）、光伏组件（16），所述斜桩（1）与承台（2）固定连接，所述承台（2）与拉板（3）固定连接，所述拉板（3）与U型螺栓（4）可转动连接，所述U型螺栓（4）与连接板（5）通过螺纹咬合连接，所述端立柱（6）与U型螺栓（4）可转动连接，所述端立柱（6）底部与端基础（7）固定连接，所述端立柱（6）与端横杆（8）固定连接，所述端立柱（6）与端斜撑（9）固定连接，所述斜拉预应力钢绞线（10）两端与连接板（5）固定连接，所述横拉预应力钢绞线（11）两端与端立柱（6）固定连接，所述中立柱（12）与中基础（13）固定连接，所述中立柱（12）与斜梁（14）固定连接，所述横拉预应力钢绞线（11）中间点与斜撑（18）固定连接，所述中立柱（12）与撑杆（15）固定连接，所述横拉预应力钢绞线（11）与光伏组件（16）固定连接。

2.根据权利要求1所述的基于有限元的山地柔性光伏支撑结构，其特征在于：每个所述承台（2）分别与两个斜桩（1）固定连接，每个所述承台（2）连接的两个斜桩（1）顶端保持相同的水平度。

3.根据权利要求1所述的基于有限元的山地柔性光伏支撑结构，其特征在于：所述端立柱（6）上设有挤压锚具（17），所述挤压锚具（17）与端立柱（6）固定连接，所述挤压锚具（17）与横拉预应力钢绞线（11）固定连接。

4.根据权利要求1所述的基于有限元的山地柔性光伏支撑结构，其特征在于：所述中立柱（12）上设有斜撑（18），所述斜撑（18）与中立柱（12）固定连接，所述斜撑（18）与斜梁（14）固定连接。

5.根据权利要求1所述的基于有限元的山地柔性光伏支撑结构，其特征在于：所述每两个横拉预应力钢绞线（11）为一组，每组所述横拉预应力钢绞线（11）之间的水平角度为11°。