光伏一体化屋面支撑框架与节点的研究

【摘要】：能源是人类生活物质发展必需利用的基础,能源紧缺的当今社会合理利用能源已成为刻不容缓需解决的问题。太阳能是取之不竭用之不尽的能源,而光伏建筑就是利用太阳能发电,通过将太阳能电池安装在建筑的围护结构外表面来提供电力,是太阳能光伏系统与建筑完美的结合。本文针对光伏组件安装在建筑屋面上这种光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)形式,进行了屋面光伏组件的节点分析与设计,以及风荷载和温度应力对光伏建筑屋面支撑结构的影响。主要工作有:(1)根据实际工程参数,采用ABAQUS有限元软件建立光伏屋面一体化中光伏组件及支撑结构的有限元模型,并在风荷载作用下对模型进行静力分析。(2)对光伏屋面一体化中光伏组件及支撑结构的有限元模型进行温度应力分析。(3)对光伏屋面一体化中光伏组件及支撑结构的有限元模型进行非线性分析,通过不断加大风荷载的方式进行极限强度分析。(4)进行了光伏屋面框架结构安装节点的设计,确定框架各构件截面尺寸及节点拼接方式。本文的研究成果,对光伏一体化屋面支撑框架的节点分析具有指导意义,为光伏一体化屋面支撑框架结构安装节点设计提供了技术支撑。 【关键词】：光伏一体化屋面 节点连接 有限元分析 温度应力分析
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU318;TU18
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 光伏一体化屋面发展现状11-16
• 1.2.1 光伏建筑一体化屋面11-14
• 1.2.2 光伏一体化屋面支撑框架分析进展14-16
• 1.3 有限元理论及其ABAQUS软件介绍16-18
• 1.4 本文的工作18-19
• 第2章 光伏一体化屋面框架的静力分析19-28
• 2.1 模型的概述及参数19-21
• 2.1.1 模型概况19-20
• 2.1.2 框架各构件截面尺寸20
• 2.1.3 框架各构件所采用的材料特性20
• 2.1.4 有限元模型20-21
• 2.1.5 边界条件与载荷施加21
• 2.2 恒载和活载作用下结构的应力和位移分析21-27
• 2.2.1 屋面框架结构风荷载21-22
• 2.2.2 不考虑风荷载22-24
• 2.2.3 考虑风荷载24-27
• 2.3 小结27-28
• 第3章 光伏屋面框架的温度应力分析28-54
• 3.1 有限元模型28-29
• 3.1.1 模型概述28
• 3.1.2 模型参数28-29
• 3.2 模型的理论计算29-32
• 3.2.1 热传导与变温应力29-30
• 3.2.2 初应变和初应力30-31
• 3.2.3 温度作用下结构变形计算31-32
• 3.3 有限元计算结果分析32-52
• 3.3.1 支柱截面方向对框架应力分布和空间相对位移的影响32-34
• 3.3.2 框架梁尺寸对应力分布和空间相对位移的影响34-41
• 3.3.3 框架柱截面尺寸对框架应力分布和空间相对位移的影响41-48
• 3.3.4 柱高对框架应力分布的影响48-49
• 3.3.5 整体尺寸对框架应力分布的影响49-51
• 3.3.6 支柱截面为方管时的框架应力分布51-52
• 3.4 小结52-54
• 第4章 光伏一体化屋面框架的非线性分析54-66
• 4.1 非线性有限元方法概述54-56
• 4.2 模型概况56
• 4.3 荷载计算56-57
• 4.3.1 竖向荷载56-57
• 4.3.2 水平荷载57
• 4.4 计算结果分析57-65
• 4.4.1 宽度方向风荷载作用下的计算结果57-61
• 4.4.2 长度方向风荷载作用下的计算结果61-65
• 4.5 小结65-66
• 第5章 屋顶光伏组件安装节点设计66-76
• 5.1 模型介绍66-69
• 5.1.1 模型的概况66-68
• 5.1.2 框架各构件截面尺寸68-69
• 5.1.3 框架各构件所采用的材料特性69
• 5.1.4 荷载计算69
• 5.2 节点设计69-76
• 5.2.1 边跨角钢与双角钢拼接节点69-71
• 5.2.2 中跨双角钢拼接节点71-73
• 5.2.3 角点角钢拼接节点73-76
• 第6章 结论与展望76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文79-80
• 参考文献80-81

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