Méthodologie de Recherche

Pour dériver un facteur de combinaison fiable, cette étude a suivi un processus en plusieurs étapes. Tout d'abord, un modèle à plusieurs couches de fonte des neiges a été utilisé pour simuler la pression de neige au sol dans des villes représentatives à travers le pays. Ensuite, quatre méthodes distinctes ont été employées pour créer des paires de données de vitesses du vent et de pressions de neige correspondantes. Ces ensembles de données ont été ajustés avec divers modèles de probabilité pour identifier le meilleur ajustement pour établir des contours de dangers combinés vent-neige pour un retour d'événement donné. Les combinaisons de charges obtenues ont ensuite été appliquées à un modèle de suivi PV par éléments finis (FEA) pour analyser les effets des charges structurelles. Enfin, ces effets de charge ont été utilisés pour calculer le facteur de combinaison définitif des charges de vent et de neige.

Modélisation et Acquisition de Données

Modèle à Multicouches de fonte des Neiges

Les charges de neige structurelles dans les codes de conception sont dérivées de la pression de neige au sol. Comme de nombreux stations météorologiques ne enregistrent que la profondeur de la neige, cette étude a utilisé un modèle à multicouches de fonte des neiges. En entrant des données météorologiques telles que les précipitations, la température et la vitesse du vent, le modèle simule les processus d'accumulation et de fonte pour calculer précisément la pression de neige au sol tout au long de l'hiver.

Méthodes de Pairage de Données

En utilisant le modèle de fonte des neiges et les données météorologiques historiques de 40 villes représentatives, quatre méthodes ont été employées pour générer des paires de données de vitesse du vent et de pression neigeuse pour l'analyse :

• Méthode I : Pression neigeuse maximale et vitesse du vent maximale entre deux événements de précipitations neigeuses consécutifs.
• Méthode II : Pression neigeuse maximale entre les chutes de neige et vitesse du vent maximale dans les 3 jours suivant une chute de neige (lorsque le dérangement par le vent est minimal).
• Méthode III : Pression neigeuse maximale et vitesse du vent maximale pendant un seul événement complet d'accumulation de neige.
• Méthode IV : Pression au sol maximale absolue et vitesse du vent sur une période hivernale entière.

Analyse statistique et contours de danger

Trois distributions de probabilité courantes ont été utilisées pour ajuster les échantillons de vitesse du vent et de pression de neige de chaque ville : Gumbel (Type I de valeur extrême), Lognormale et Généralisée de valeur extrême (GEV). Pour chaque échantillon, le modèle de probabilité optimal a été sélectionné à l'aide du test de Kolmogorov-Smirnov (K-S) et du Critère d'Information d'Akaike (AIC). L'analyse de régression linéaire a confirmé que les échantillons de vent et de neige étaient statistiquement indépendants, ce qui permet de calculer leur probabilité conjointe à l'aide de la formule suivante :Sur la base de ce principe, des lignes de contours de danger conjointes vent-neige ont été tracées pour une période de retour de 25 ans, correspondant à la durée de vie typique d'un système PV. L'exemple ci-dessous montre les lignes de contours pour Urumqi, Xinjiang, basées sur les quatre méthodes de pairage de données., Lognormal, and Generalized Extreme Value (GEV)—were used to fit the wind speed and snow pressure samples from each city. The optimal probability model for each was selected using the Kolmogorov-Smirnov (K-S) test and Akaike Information Criterion (AIC). Linear regression analysis confirmed that the wind and snow samples were statistically independent, allowing their joint probability to be calculated with the following formula:

Using this principle, combined wind-snow hazard contour lines were plotted for a 25-year return period, which matches the typical design life of a PV system. The example below shows the contour lines for Urumqi, Xinjiang, based on the four data pairing methods.

Modélisation FEA et Scénarios de Charge

L'analyse a été effectuée sur un modèle FEA d'un suiviur mono-axe, de 100 mètres de long et de 1,5 mètres de haut, positionné avec une pente de 30°. La structure comprend un tube de couple central (poutre principale) soutenu par 13 piliers en acier espacés de 8 mètres.

Application des Charges

La charge du vent crée à la fois une pression uniforme et une torsion sur la poutre principale. La charge de la neige a été supposée être une pression uniformément distribuée. Deux scénarios de combinaison de charges critiques ont été analysés :

• Cas I : Pression du vent + Pression de la neige (agissant dans la même direction).
• Cas II : Suction du vent + Pression de la neige (agissant dans des directions opposées).

Analyse des Effets des Charges

Les charges standard de vent et de neige ont été appliquées au modèle FEA pour calculer trois effets de charge clés : la force axiale maximale des piliers (N_max), le moment de flexion maximum des poutres principales (M_max) et la torsion maximale des poutres principales (T_max). Les résultats pour Urumqi sous le cas de charge I sont présentés ci-dessous.

Conclusion Principale : Dans le cas de charge I (pression de vent et de neige), les effets sont additifs, nécessitant une combinaison de charges. Dans le cas de charge II (suction de vent et pression de neige), les charges s'annulent mutuellement, ce qui signifie qu'une combinaison n'est pas nécessaire car les charges individuelles représentent le scénario le plus défavorable.

Facteur de combinaison de charges vent-neige proposé

En supposant une relation linéaire entre les charges statiques et leurs effets, le facteur de combinaison a été calculé en utilisant la formule suivante :

Les facteurs ont été calculés pour toutes les 40 villes. Le diagramme en boîte ci-dessous montre la distribution des résultats pour le cas de charge I.

Pour la force axiale des piliers, le facteur de combinaison moyen était 0.68 identique pour toutes les méthodes. Pour le moment de flexion de la poutre principale, les valeurs moyennes variaient de 0,65 à 0,69. Sur la base de ces résultats, un facteur de combinaison conservateur et pratique est recommandé.

Conclusion et recommandation

Note : Cette étude suppose une distribution de neige uniforme et ne tient pas compte des effets comme le déplacement de neige induit par le vent, qui pourrait nécessiter une enquête supplémentaire pour des sites spécifiques.