单排桩双排组件柔性支架结构设计与工程应用

中图分类号：TU32 文章编号：

1 项目背景

某项目位于陕西省，项目场址如图 1 所示。投标时柔性支架的设计为：结构整体呈东西向布置，南北向排间距 4.0m ，跨径 14.4m ，每跨组件采用 1×12 的布置形式，2 跨共计24 块组件形成1 个光伏组串，组件正南朝向，倾角 17^∘ °，组件最低点离地高度 2.5m 。图纸会审后，当地土地政策发生变化，要求南北向桩间距不小于 8.0m ，东西向桩间距不小于 4.5m ，以便顺利通行农用机械。

图1 项目所在地

根据新的政策，若继续按原来 1×12 的布置，则装机容量会减少至投标容量的 50% ，无法满足合同要求，故须对柔性支架的结构形式进行技术创新。对此，提出单排桩双排组件柔性支架结构，该结构采用单排预制管桩基础，其上安装三角桁架并张拉四根组件索，相邻两根组件索共同支撑一排组件，组件布置形式为 2×12 ，并在跨中设置抗风系统防止结构发生扭转，排间距 8.0m ，其余设计参数如跨径、离地高度等不变，结构体系如图2 所示。

2 结构计算

2.1 荷载及组合

荷载主要考虑组件自重，风荷载及雪荷载，具体参数如下：

（1）组件尺寸 2465×1134×30mm ，重量 34.7kg 。

（2）25 年基本风压 0.38kN/m2 ，50 年基本风压 0.42kN/m2 ；25 年基本雪压 0.36kN/m2 ，50 年基本雪压 0.39kN/m2 。

荷载组合考虑承载能力极限状态和正常使用状态两种组合：

（1）1.3 恒荷载 +1.5 风压荷载 +1.05 雪荷载。

（2）1.0 恒荷载 +1.5 风吸荷载。

（3）1.0 恒荷载 +1.0 风压荷载 +0.7 雪荷载。

（4）1.0 恒荷载 +1.0 风吸荷载。

2.2 结构建模与计算

采用 3D3S 计算软件建立单排 桩双排组件柔性支架结构。考虑地面以下 0.5m 范围内不受土体约束作用， 0.5m 处的桩基础采用固结，螺栓连接视为铰接 [ 1]。钢材型号均为 Q355B，组件索及斜拉索采用公称直径 15.2mm 的钢绞线。支架构件均采用杆系单元，索体为索单元。组件索初拉力为 50kN，光伏板自重荷载、风荷载与雪荷载以均布荷载的形式施加于索体。

根据计算，1.3 恒载 +1.5 风压荷载 +1.05 雪荷载工况下，各构件轴力如图 3 所示，斜拉索最大轴力 163.2kN，组件索最大轴力104.7kN。1.0 恒荷载 +1.0 风吸荷载工况下，结构整体上挠如图 4 所示，最大上挠 78.1mm 。经计算，单排桩双排组件柔性支架结构的强度、刚度及稳定性均满足设计要求。

图3 轴力（1.3 恒荷载 +1.5 风压荷载 +1.05 雪荷载）

图4 上挠（1.0 恒荷载 +1.0 风吸荷载）

3 工程应用

3.1 支架安装

边立柱与中立柱支架均采用三角桁架，桁架在工厂加工、镀锌，运至现场后，采用吊装机械将左右两半桁架拼接（图 5），桁架上部横梁与横担处采用套管承插连接，下部采用抱箍连接。

图5 吊装支架

3.2 斜拉索安装

斜拉索下端施工挤压锚后，将其锚固于拉线盘底部，并做好防腐。另一端采用夹片锚，将其锚固于边立柱耳板处的U 型螺栓及垫板（图6）。通过拧紧 U 型螺栓的螺母对斜拉索施加初拉力，使支架向外侧预偏一定距离（图 7）。紧固工作完成后，在斜拉索端部设置挤压锚，采用夹片锚 + 挤压锚双重锚固的方式，确保锚固系统的可靠性 [2]。

图6 斜拉索端部细节 图 7 支架预偏

3.3 组件索安装

组件索采用对称同步分级张拉的施工方式 [3]。将四根组件索穿过边桩和中桩的预留孔后，采用手拉葫芦将组件索初步拉直，然后利用千斤顶使其张力达到设计状态（图 8）。具体张拉顺序如下：先张拉组件索 2 和 3 至 30kN ，随后调整千斤顶位置，张拉组件索 1 和 4 至30kN；观察无异常后，继续张拉组件索 1 和 4 至 55kN，最后调整千斤顶位置，张拉组件索 2 和 3 至 55kN。张拉工作完成后，采用普通夹片锚 + 防松夹片锚进行双重锚固 [4]，确保锚固效果安全可靠。

图8 张拉组件索（由高到低组件索编号依次为 1～4）

3.4 组件安装

为便于施工，组件安装顺序宜从高到低，先安装 1、2 组件索上的组件，再安装 3、4 组件索上的组件。光伏组件通过压块安装在钢绞线上，每跨安装24 块，安装后的视野见图9。

图9 板下视野

3.5 抗风系统安装

由于耕种需求，场区不能设置横向抗风索，因此抗风系统仅布置于跨中的组件下方，采用三角桁架和抗风索，索体为 2 根直径 8mm 的钢丝绳，上端连接桁架，下端锚固于地锚桩的拉环，以此抵抗风吸效应（图10）。

图10 安装抗风系统

4 结论

研发了一种新型的柔性支架结构形式——单排桩双排组件柔性支架，并完成该结构的设计与施工，主要特点如下：

（1）节约桩基础数量。柔性支架采用单排桩双排组件布置，既具备固定支架双排组件布置的优势，又拥有柔性支架的跨越能力，比固定支架和传统柔性支架节约 50% 的桩基数量。（2）合理利用土地。本结构能够广泛应用于山地和平原，具有连续跨越沟壑陡坎的能力，既能响应土地政策，也能完成装机指标，提高了土地利用效率。（3）结构轻盈美观。本结构在传统柔性支架的基础上做了较大改进，具有一定的创新，结构轻盈美观。

参考文献

[1] 贾 亚军 . 新能源光伏项目中柔性支架施工技术的应用 [J]. 电力设备管理 ，2025，（09）：209-211.DOI：CNKI：SUN：DSGL.0.2025-09-068.

[2] 周安 ， 赵本基 ， 孟雷明 ， 等 . 柔性光伏支架结构索力分析及位移控制方法研究 [J]. 武汉大学学报 （ 工学版 ），2024，57（S1）：8-13.DOI：CNKI：SUN：WSDD.0.2024-S1-002.

[3] 周兴乐 ， 林凡伟 ， 丁伟亮 ， 等 . 拉索预应力对光伏柔性支架风振 响 应 研 究 [J]. 建 材 世 界 ，2024，45（03）：102-105.DOI：CNKI：SUN：GWJK.0.2024-03-025.

[4] 袁焕鑫 ， 宋薏铭 ， 杜新喜 ， 等 . 双层索系柔性光伏支架结构受力性能研究 [J]. 沈阳建筑大学学报 （ 自然科学版 ），2024，40（03）：395-403.DOI：CNKI：SUN：SYJZ.0.2024-03-002.

作者简介：勾文鑫（1996—），男，贵州毕节人，硕士，工程师