能原桩工程应用及其弹性性状分析.

1、能原桩工程应用及其弹性性状分析能原桩工程应用及其弹性性状分析答答 辩辩 人人 ： 杨洪磊杨洪磊指导教师：指导教师： 贾苍琴贾苍琴答辩日期：答辩日期： 20162016年年1 1月月工程技术学院地基处理技术课程答辩1能源桩概述汇报纲要汇报纲要一一弹性分析二二定 义技术原理优势无约束条件下温度效应单桩桩侧荷载约束效应单桩桩端土体约束效应总结和讨论三三2一、能源桩概述一、能源桩概述 地源热泵系统地源热泵系统是利用浅层地能进行供热制冷的环保能源利用系统。地源热泵系统利用地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环系统。

2、3一、能源桩概述一、能源桩概述 地源热泵两大缺点占地面积大造价昂贵4一、能源桩概述一、能源桩概述 地源热泵桩基础能源桩能源桩如果在建筑物建造时，直接将地源热泵系统地埋管换热器的塑料换热管埋设在建筑物的混凝土桩基中，使其与建筑结构相结合，这样就成为一种新型的地埋管换热器，称为桩基埋管地热换热器，也称作能源桩能源桩。5一、能源桩概述一、能源桩概述 能源桩浇筑现场6一、能源桩技术原理一、能源桩技术原理 7一、能源桩桩型一、能源桩桩型能源桩桩型主要有灌注桩、预制桩、钢桩和搅拌桩，应用最广泛的是灌注桩灌注桩*预制桩：预制桩在运输、打入过程中容易对传热系统造成损坏。*钢桩：钢桩具有很好的热传导性能，但钢管

3、桩本身的造价太高。*搅拌桩：搅拌桩热传导效率较差。*灌注桩：灌注桩具有较高的热传导效率和较大的热量存储能力。 8一、换热管形式一、换热管形式 能源桩中的换热管主要单U 型管、双U型管、W型管、并联三U型管和螺旋管。目前，在国内外的应用中，桩基换热管主要采用U型或W型的布管技术9一、能源桩的优势一、能源桩的优势能源桩较传统管埋能源热泵技术的优势经 济热传递效率高节省用地面积能量桩系统，采用桩基埋管形式而不需要单独钻孔，比竖直埋管形式换热系统节省约40%70%的费用。热管安装在建筑物桩基内，换热管与桩基混凝土融为一体，扩大了换热管与周围土壤的热交换面积也增强热交换效率。桩基埋管直接埋设在构建物的下

4、面，节省用地面积，且施工进度较一般的竖直埋管形式要快。10二、温度作用下弹性性状分析二、温度作用下弹性性状分析 为了揭示温度作用对地热桩性能的影响，建立有限元数值模型，其中：* 能源桩的初始温度设为20，桩身温度变化由20升温到40；* 能源桩桩端土体约束边界设定有土、无土两种情况；* 能源桩侧荷载约束条件设定桩侧荷载恒定（cx = 125 kPa）、沿 深度线性增长（cx = Kz）两种情况；* 桩侧土接触面摩擦系数取u=0.3。11二、温度作用下弹性性状分析二、温度作用下弹性性状分析 在升温过程中轴力沿深度分布在升温过程中侧摩阻力沿深度分布12二、温度作用下弹性性状分析二、温度作用下弹性性

5、状分析 *升温变化将引起桩身轴力和桩侧摩阻力的产生，且轴力呈对称分布，侧摩阻力呈反对称分布；*随着温度的升高，同一深度产生的轴力和侧摩阻力变大；*桩身的最大轴力出现在桩体的中部，在桩身中部以上为负摩阻力，在桩身中部以下为正摩阻力。1、无约束条件下单桩的温度效应无约束条件下单桩的温度效应13二、温度作用下弹性性状分析二、温度作用下弹性性状分析 *桩身最大轴力明显下降，降幅达60%以上，同时桩侧正、负摩阻力的大小也降低，降幅达50%左右；*最大轴力的位置向下偏移，桩侧摩阻力的中性点位置向下偏移。2、单桩、单桩桩侧荷载约束效应桩侧荷载约束效应14二、温度作用下弹性性状分析二、温度作用下弹性性状分析

6、*下卧土层使得桩身最大轴力位置向上偏移，且桩身最大轴力值也有所减小；*桩端下卧层使得桩侧摩阻力的中性点位置有所上移，接近桩端附近的正摩阻力也有所降低； *以上影响效应均不明显3、单桩桩端土体约束效应单桩桩端土体约束效应22三、讨论三、讨论 1、对上述能源桩模型的讨论*能源桩模型没有考虑上部荷载对桩体的影响，也没有考虑热胀冷缩导致的应变对桩体的影响；*能源桩模型没有考虑土体的弹塑性特征和桩侧土接触面非线性特点；*能源桩运行对桩体的温度效应随着季节气候的变化，会产生升温与降温的循环作用，而此模型并没有考虑升温降温循环的周期性作用效应。2、对能源桩力学特性的讨论*由于热能的传递使地基内部温度场发生变

7、化，从而改变桩周土体的性质,桩身混凝土产生温度应力。对各种建筑下的桩基础，桩体受到上部荷载作用，使桩、地基中产生应力场和位移场，而热交换过程中应力场和位移场会因温度场的变化而改变。同时，土体在附加应力的作用下会产生固结，使土体中的孔隙水排水，桩土系统产生沉降。因此，能源桩的工作过程是一个应力场位移场温度场渗流场时间场相互耦合的问题，是一个复杂的热、力学过程。15三、总结三、总结 能源桩温度作用下弹性性状分析概述技术原理优势换热管型桩型定义 能源桩=地源热泵+桩基础 利用地热和大地恒温特性，夏取冷源，冬取热源 灌注桩（广泛）、预制桩、钢桩、搅拌桩 U 型管（广泛）、 W型管（广泛）、 双U型管、 并联三U型管和螺旋管 经济、节省用地面积、热传递效率高桩端约束桩侧约束无约束条件 轴力呈对称分布，