结构力学求解器在光伏支架强度计算中的应用_能源/化工_工程科技_专业资料。Dianqi Gongcheng yu Zidonghua◆电气工程与自动化 结构力学求解器在光伏支架强度计算中的应用 苏江灿 （清源科技（厦门）股份有限，福建 厦门 361101） 摘 要：论

　　Dianqi Gongcheng yu Zidonghua◆电气工程与自动化 结构力学求解器在光伏支架强度计算中的应用 苏江灿 （清源科技（厦门）股份有限，福建 厦门 361101） 摘 要：论述了一种光伏支架设计方案，通过结构力学求解器分析了光伏支架在多种荷载组合作用下的内力和位移，实现了光伏 支架强度计算，为光伏支架设计提供了借鉴。 关键词：光伏支架；结构力学求解器；强度计算 0 引言 光 伏 支 架是 光 伏 电 站 主 要 的 构 筑 物 ，如 何 确 保 光 伏 支 架结构满足强度、稳定性和刚度要求，光伏支架是光伏支架设计需要考 虑的关键问题。传统的光伏支架结构强度计算方法是采用一 些假设条件将实际结构简化为理想的计算模型，根据结构力 学理论知识进行手工计算。手工计算只适用于简单的计算模 型，对于复杂的计算模型手工计算变得非常困难，需要借助计 算机进行计算。目前较先进的结构设计采用计算机辅助设计， 常用 结 构分析 软 件有 结 构 力 学 求 解 器 、PKPM、SAP2000 等。 PKPM、SAP2000主要用于三维结构力学分析，操作相对复杂， 用户需要经过专业培训才能掌握，软件大，运行较慢。结构力 学求解器适合二维平面力学模型求解，它具有操作简单、程序 小、运行快、分析结果精准直观等特点，非常适合初学者和经 验丰富的技术人员使用。本文利用结构力学求解器分析光伏 支架在多种荷载组合下的内力和位移，实现光伏支架强度计算。 1 结构力学求解器简介 结构力学求解器[1（] SM Solver）是一个面向学生、教师及 工程技术人员的计算机辅助软件，它能够分析二维平面结构 的几何组成、内力、位移、影响线、自由振动、弹性稳定和极限 荷载等。利用结构力学求解器分析问题的步骤如下：输入各节 点坐标，输入各单元连接方式，输入各支座约束方式，输入荷 载条件，输入杆件材料性质，内力、位移求解。 2 光伏支架设计实例 2.1 工程概况 该项目位于山东省菏泽市某光伏园区，基本风压为0.4 kN/m2， 基本雪压为0.3 kN/m2。支架安装倾角25毅，竖放2行20列，组件 规格1 640 mm×992 mm×40 mm，组件重20 kg，支架结构尺寸 如图1所示。支架构件材料选用Q235B，其抗拉、抗压和抗弯强 度设计值为215 MPa[2]。 图1 支架结构尺寸图 2.2 荷载计算 光 伏 支 架主 要 承 受 永 久 荷 载 、风 荷 载 、雪 荷 载 作 用 ，温 度 荷载和地震荷载忽略不计。 阵列面积A =65.075 m2，阵列水平投影面积A s=58.978 m2。 每块组件重20 kg，组件自重荷载7 840 N，轨道米重2.777 kg/m， 轨道自重荷载2 220.7 N，支架荷载10 060.7 N。 雪荷载标准值： Sk= 滋rS0[3] 式中，滋r为屋面积雪分布系数，根据GB 50009—2012《建筑结构 荷载规范》[3]表6.2.1取值，25毅时取1.0；S0为基本雪压，本项目取 0.3 kN/m2。 支架雪荷载S=Sk×A s=17 693.4 N。 风荷载标准值： W k=茁z 滋s 滋zW [3] 0 式中，茁z为 高度z 处 的 风振 系 数，取1.0；滋s为 风 荷 载 体 型 系 数，根 据GB 50797—2012《光伏发电站设计规范》[4]取1.3；滋z为风压高 度变化系数，取1.0；W 0为基本风压，本项目取0.4 kN/m2。 支架风荷载W =W k×A =33 839 N。 2.3 荷载组合 为便于比较和反映光伏支架在各种荷载组合下的荷载效 应，光伏支架本文考虑的荷载组合如表1所示。 表1 荷载组合 组合公式 主导荷载说明 用途 组合 1 1.2 荷载 +1.4 风荷载 + 1.4×0.7 雪荷载 顺风工况，风荷载主导 强度验算 组合 2 1.0 荷载 -1.4 风荷载 逆风工况，风荷载主导 强度验算 组合 3 1.2 荷载 +1.4× 0.6 风荷载 +1.4 雪荷载 顺风工况，雪荷载主导 强度验算 组合 4 1.0 荷载 +1.0 风荷载 + 1.0×0.7 雪荷载 顺风工况，风荷载主导 变形验算 组合 5 1.0 荷载 +1.0× 0.6 风荷载 +1.0 雪荷载 顺风工况，雪荷载主导 变形验算 将各种荷载组合沿着轨道强轴和弱轴两个方向进行分 解，如图2所示。求出各种荷载组合时轨 道强轴分力和弱轴分力，轨道均布荷载， 斜梁轴向分力和法向分力，如表2所示。 3 建模与强度分析 将光伏支架力学模型简化为轨道 和支撑架两个平面模型进行强度分析。 3.1 轨道建模与强度分析 轨 道 截 面 为 C 型 钢 80 ×40 ×15 × 2.0，利用结构力学求解器建 立 轨 道 力 学模型，荷载以组合1强轴均布荷载为例，光伏支架如图3所示。 13 电气工程与自动化◆Dianqi Gongcheng yu Zidonghua 组合 1 组合 2 组合 3 组合 4 组合 5 图2 轨道强轴、弱轴方向，纵梁法向、轴向 表2 轨道强轴分力和弱轴分力，轨道均布荷载， 斜梁轴向分力和法向分力 轨道强轴 轨道弱轴 轨道强轴均布荷 轨道弱轴均布荷 斜梁轴向 分力 /N 分力 /N 载 /（N/mm） 载 /（N/mm） 分力 /N 74 034.3 -38 255.6 12 424.5 4 249.8 0.907 -0.469 0.152 0.052 2 902.4 -1 500.8 61 820.3 54 184.4 15 563.6 9 481.7 0.758 0.664 0.191 0.116 2 425.6 2 124.8 45 460.1 11 724 0.557 0.144 1 782.4 斜梁法向 分力 /N 486.4 166.4 611.2
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