Yeni fotovoltaik dairesel helikoid kazıkların aksiyel çekme taşıma kapasitesi üzerinde toprak parametrelerinin sayısal incelenmesi

Rüzgara karşı daha güçlü güneş destekleri

Güneş çiftlikleri tarlalara ve çöllere yayıldıkça, metal desteklerinin yerden çekilme eğilimindeki güçlü rüzgarlara karşı dayanması gerekiyor. Mühendisler, fotovoltaik kızağı sabitlemek için dairesel helikoid kazık adı verilen yeni bir tür spiral çelik temel kullanmaya başladı; ancak farklı zemin türlerinin bu kazıkları nasıl destekleyip engellediği belirsizliğini koruyordu. Bu çalışma, bilgisayar simülasyonları kullanarak bu özel kazıkların çekme dayanımını hangi temel yer özelliklerinin kontrol ettiğini çözümleyerek dünya genelinde daha güvenli ve daha güvenilir güneş kurulumları için yol gösteriyor.

Yeni bir spiral temel tipi

Geleneksel spiral kazıklar, dev bir vida gibi bir veya daha fazla düz plakaya sahip çelik bir şaft şeklindedir. Dairesel helikoid kazık, ayrık plakaların yerine şaftın etrafına sarılmış sürekli bir spiral yüzey sunar. Bu şekil daha sıkı veya daha gevşek bükülebilir ve dönme, presleme veya her ikisinin karışımıyla monte edilebilir. Japonya, Çin ve Güney Kore'deki saha projeleri, dairesel helikoid kazıkların basit düz kazıklardan çok daha yüksek aşağı ve yukarı yükleri taşıyabildiğini göstermiştir. Yine de önceki araştırmaların çoğu laboratuvar kum tanklarında yapıldığından, kil, kohezyon ve değişen sertlik gibi gerçek toprakların performansı nasıl etkilediği konusunda açık sorular kaldı.

Gerçekçi zeminde sanal test

Bu soruları incelemek için yazarlar, toprakla çevrili tek bir dairesel helikoid kazığın ayrıntılı üç boyutlu bilgisayar modelini oluşturdular. Çelik kazığı elastik bir malzeme olarak ve zemini hem dayanım hem de deformasyonu içeren yaygın bir geoteknik model olarak temsil etmek için endüstriyel yazılım kullandılar. Simüle edilmiş kazık monte edildi ve ardından volkanik kül ve deniz kilinde gerçekleştirilen tam ölçekli saha testlerini yansıtarak aşamalı olarak yukarı çekildi. Ekip, hesaplanan yük‑yer değiştirme eğrilerini yedi set saha ölçümüyle karşılaştırdığında, uyum yakındı ve sanal kazığın gerçek davranış sergilediğine dair güven verdi.

Kazığın dayanımını nasıl harekete geçirdiği

Hem testler hem de simülasyonlar, çekme direncinin ani bir zirve yapıp sonra düşmediğini gösterdi. Bunun yerine, baş yukarı hareket ettikçe kazığı çekmeye devam etmek için gerekli kuvvet düzgün bir şekilde artıyor ve bu artış yavaşlayarak devam ediyor. Keskin bir kırılma noktası yok. Tasarım için bu, nihai kapasitenin tek bir maksimum değerden okunamayacağı; bunun yerine kararlaştırılmış yer değiştirme seviyeleri veya eğri uydurma kullanılarak tanımlanması gerektiği anlamına gelir. Çalışma birkaç pratik seçeneği inceledi ve kazık nihai durumuna ulaştığında baştaki yukarı hareketin kazık çapının yaklaşık onda biri olduğunu buldu. Bu yer değiştirmedeki yük, yaygın kullanılan bir eğri kesişim yöntemiyle elde edilen değere yakın olduğundan, çapın onda biri olarak alınan kuvveti nihai çekme kapasitesi için makul bir kestirme yol olarak kullanmak uygun görünüyor.

Hangi zemin özellikleri en önemli

Modelini doğruladıktan sonra araştırmacılar, güneş çiftliği sahaları için gerçekçi aralıklarda ana toprak özelliklerini sistematik olarak değiştirdiler. Toprağın sertliğini, sıkıştırıldığında yana doğru ne kadar daraldığını, iç bağ dayanımını, sürtünme direncini ve kazık‑toprak yüzeyi arasındaki pürüzlülüğü değiştirdiler. Her vaka için kazığı birkaç yer değiştirme seviyesine kadar çekip direnç kuvvetini kaydettiler. Tüm senaryolarda, daha güçlü veya daha sert toprak her zaman çekme kapasitesini artırdı. Ancak tüm özellikler eşit derecede önemli değildi. Basit tek faktör değişiklikleri, yapılandırılmış test planları ve istatistiksel benzerlik ölçüleri dahil olmak üzere birkaç tamamlayıcı duyarlılık yöntemi kullanarak, toprak kohezyonunun baskın kontrol olduğunu, bunu sertlik ve sürtünme açısının izlediğini tutarlı şekilde buldular. Yana doğru büzülme özelliği ve doğrudan kazık‑toprak yüzey sürtünmesi çok daha küçük etkiye sahipti.

Daha güvenli güneş temelleri için rehberlik

Düz bir ifadeyle, bu çalışma, toprak iyi bağlanmış ve makul derecede sert olduğunda dairesel helikoid kazıkların zemini daha sıkı kavradığını ve nihai dayanımlarına mütevazı ama önemsiz olmayan bir yukarı çekme hareketinden sonra ulaştıklarını gösteriyor. Fotovoltaik destekleri tasarlayan mühendisler için sonuçlar, hangi zemin testlerinin en önemli olduğunu vurguluyor ve daha karmaşık bir kırılma tanımının yerine geçebilecek pratik bir hedef yer değiştirmeyi öneriyor. Önce kohezyona, sonra sertlik ve sürtünmeye odaklanıp diğer parametreleri ikincil kabul ederek, tasarımcılar zemin koşullarındaki belirsizliği daha iyi yönetebilir ve bu umut verici kazık türünü güneş enerjisinin yayılımında daha verimli kullanabilirler.

Atıf: Wang, K., Zhang, R., Yasufuku, N. et al. Numerical investigation of soil parameter effects on the axial uplift bearing capacity of novel photovoltaic circular helicoid piles. Sci Rep 16, 15641 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46197-3

Anahtar kelimeler: dairesel helikoid kazık, çekme taşıma kapasitesi, fotovoltaik temeller, toprak parametre hassasiyeti, sonlu eleman analizi