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科普丨什么是柔性支架的“预应力”?

日期:2025-10-17    来源:能课堂

国际太阳能光伏网

2025
10/17
09:04
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关键词: 柔性支架 光伏支架 光伏电站

把柔性光伏支架想象成一把巨大的吉他:钢索是六根琴弦,组件是琴身,风则是那双拨弦的手。琴弦太松,弹不出声音还会打品;太紧,高音没上去弦先断了。预应力——它让钢索在承受自重、组件重量和风吸力的同时,刚好保持一条接近水平的直线。调对了,25米跨度可以一根立柱都不要;调错了,七级风就能让整排组件“跳海”。预应力之所以被称为柔性支架的“灵魂”,原因就在这里。

预应力到底是多少吨?

公开文献给出一个常用区间:对Φ15.2mm的1860级钢绞线,设计张拉力通常取0.55~0.65倍极限拉力,也就是160~190kN,折合16~19吨。换算成“手感”,相当于把一辆家用小轿车挂在钢索另一端。这个区间不是拍脑袋定的:

低于0.50倍极限拉力时,索体垂度会迅速放大,风振振幅随垂度线性增加;

高于0.70倍极限拉力时,锚具、节点板和端部基础都要同步放大,材料利用率反而下降。

因此,工程界把“0.55~0.65”称为经济张拉区,既能提供足够初始刚度,又不浪费锚固成本。

太松=晃:垂度与风振的恶性循环

2020年浙江温州某单层索项目验收后未进行二次补张,索力从初始180kN衰减到110kN,垂度由350mm增至600mm。当年9月一场阵风仅26m/s,索体上下振幅却达到1.4m,组件边框与檩条相互碰撞,导致角件断裂50余块。论文给出的监测数据显示,垂度每增加100mm,结构竖向自振频率下降约0.15Hz,更容易与常见风速的脉动频率重合,形成“越松—越晃—更松”的循环。

太紧=断:超张拉的隐形代价

2021年山西吕梁某山地电站在抢装期盲目提高张拉力至220kN(0.76倍极限拉力),想借高张力减小垂度,结果锚垫板下混凝土局部压碎,张拉端钢绞线回弹,三跨组件整体下滑。事故报告写明:锚下混凝土强度等级为C30,而局部压应力设计值仅允许12.5MPa,实际峰值达到18MPa。

超张拉还会带来三种副作用:

1.钢索屈服前伸长量增大,锚具回缩量随之增加,长期索力损失反而更高;

2.节点板和支架翼缘需同步加厚,造价提升15%以上;

3.基础水平反力线性增加,在山地或回填土区域常常要额外打抗拔桩。

如何“听音”——施工现场四步法

步骤1:计算初张值

用有限元按自重+0.5倍风载组合,算出目标垂度≤L/200,反推初始索力,留2%松弛损失余量。

步骤2:油泵标定

千斤顶与油泵每六个月送检一次,压力表精度不低于1.0级,避免“读数准、出力偏”。

步骤3:分级张拉

每级10%停顿两分钟,记录索长变化,校核弹性模量是否与设计值195GPa相符,可及时发现索体缺陷。

步骤4:二次补张

锁定后24小时内复测,索力衰减>5%立即补张,直至24小时损失≤3%,方可封锚。

现场常用“振动频率法”复核:手持加速度计轻敲钢索,读出自振频率,对照f=(1/2L)√(T/μ)公式反算张力,误差可控制在±2%。这就是工程师的“调音器”。

长期“保音”——运维阶段三件事

每两年一次索力抽检:随机抽取10%索体,频率法或油压法对比原记录,衰减>8%需分析原因;

锚具区重新涂脂:清除旧油脂,注满新防锈脂,再加热缩帽,阻断水汽;

温度修正记录:夏季高温索力自然升高,勿误判为“过张”,冬季索力下降,也别误调“松弦”。

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