黏土热–力学特性对能量桩力学特性的影响

能量桩运行会导致土体温度场的改变,从而影响桩周土的热–力学特性,进而影响能量桩的变形、桩–土界面应力及承载性能。将ACMEG-T土体热本构模型在ABAQUS软件中进行二次开发,通过编写UMAT子程序对能够反映黏土热–力耦合特性的三轴试验结果进行模拟与分析,验证了模型的可靠性。建立数值模型,研究了土体热–力学特性对能量桩位移、桩–土界面应力及桩身轴力的影响规律。研究结果表明,温度变化会导致土体产生累计沉降,并进一步导致桩侧产生负摩阻力;在负摩阻力的影响下,能量桩会产生额外的沉降以及不可恢复的轴力;土体热–力学特性对能量桩力学特性的影响效应随着土体超固结比的增加逐渐减弱。     

基于桩土相互作用的嵌岩能源桩传热计算

针对螺旋地埋管嵌岩能源桩传热,提出一种新的计算模型,可考虑基岩温度、大气-地面对流换热、桩顶处绝热处理、流体速度和流体热量损耗对其传热影响。首先求解土体温度自由场;接着考虑桩体运行时系统传热相互作用的影响,得到桩体温度场;然后将土体温度场问题转化为一系列未知系数求解;最后通过边界条件得到土体附加温度场。分析表明:在桩顶和桩底两倍桩径范围内,土的附加温度变化幅度最大;桩土传热系数对能源桩传热性能影响最大,减小桩土传热系数可显著提高能源桩传热性能;流体导热系数及流速对桩的传热效果影响不可忽略;土的导热系数及大气-地面对流传热系数对其传热性能影响很小。     

土体热物性对能量桩换热效率特性的影响研究

能量桩是一种新型桩埋管形式的地源热泵技术,并在国内外典型工程中获得一定的尝试应用。结合能量桩热响应现场测试数据,基于数值模拟方法,建立考虑不同运行模式下能量桩换热效率分析的有限元数值模型。通过与现场实测数据的对比分析验证了数值模型的准确性和可靠性;探讨土体的热容、土的热传导系数、桩的热容、桩的热传导系数等参数对能量桩换热效率的影响规律。研究结果表明,土体的热容变化对换热效率的影响要大于桩的热容变化的影响,土的热传导系数变化对换热效率的影响要小于桩的热传导系数的变化的影响;土体的热容越小、热传导系数越大,能量桩对桩周土的影响范围则越大。     

能量桩群桩数值模拟及热-力响应分析

针对多场耦合、环境复杂条件下能量桩群桩受力机理难以探究的问题,以某工程实例为原型,基于ANSYS Workbench软件,采用有限元数值模拟方法研究2种工况下能量桩群桩的温度分布情况及热力学特性。结果表明:换热稳定之后,并联双U型管之间以及群桩各桩之间都存在热干扰现象;夏季工况下温度的影响范围较冬季工况的广。夏季工况下,桩体温度升高引起附加轴向压应力、上部桩身附加负摩阻力及桩顶隆起;冬季工况下,桩体温度降低引起附加轴向拉应力、上部桩身附加正摩阻力及桩顶下沉。     

能量桩群桩数值模拟及热-力响应分析

针对多场耦合、环境复杂条件下能量桩群桩受力机理难以探究的问题,以某工程实例为原型,基于ANSYS Workbench软件,采用有限元数值模拟方法研究2种工况下能量桩群桩的温度分布情况及热力学特性。结果表明:换热稳定之后,并联双U型管之间以及群桩各桩之间都存在热干扰现象;夏季工况下温度的影响范围较冬季工况的广。夏季工况下,桩体温度升高引起附加轴向压应力、上部桩身附加负摩阻力及桩顶隆起;冬季工况下,桩体温度降低引起附加轴向拉应力、上部桩身附加正摩阻力及桩顶下沉。     

圆台型螺旋能量桩换热性能的数值模拟研究

圆台型螺旋能量桩是一种换热性能较好的新型地埋管换热器.为探究圆台能量桩的传热规律,采用环形管等效热源替代螺旋管内流体流动传热的数值建模方法,分别建立了0° 锥角(圆柱型),5° 锥角,10° 锥角,15° 锥角和20° 锥角圆台螺旋能量桩模型,并通过单位面积换热量和单位管长换热量分别从能量桩的整体结构和内部结构进行了传热分析.研究表明,在相同换热管长的情况下,大锥角圆台型螺旋能量桩的整体换热能力比小锥角能量桩更强.通过局部换热分析发现,其上层螺旋管换热能力强于小锥角能量桩,但中间及下层部分的螺旋管换热能力弱于小锥角能量桩.该传热规律可为螺旋能量桩的结构设计、 优化提供参考.     

能量桩混凝土配合比试验及温度场模拟研究

对能量桩混凝土的材料配合比及桩周土温度场进行了试验和模拟研究,得出普通C30混凝土中掺入3%钢纤维同时用铁矿砂置换河砂,大大提高能量桩的换热效率;通过ABAQUS对桩周温度场进行模拟得出能量桩换热效率随桩周土体导热系数的增大而增强,当桩间距较小时两桩间热量传递会产生热干扰现象,随着桩间距的增加热干扰现象逐渐减弱,减弱的幅度随土体导热系数的提高而增加;相同桩间距下,热干扰现象在黏土层中较为严重,砂土次之,碎石土中热干扰影响较小。     

PHC单桩及复合地基承载特性试验研究与模拟分析

通过现场足尺试验、数值模拟,研究了PHC单桩、复合地基承载及变形特性。分析表明:复合地基是通过一定沉降量来达到桩土共同作用目的,其沉降比单桩大;随荷载增大,土体分担荷载比逐渐减小,在减小至35%时趋于稳定。     

基于总应力法的静压桩极限承载力时效性研究

考虑天然饱和黏土的应力历史和初始应力各向异性,推导得出了静压沉桩过程和再固结过程中静压桩周土体应力状态的变化规律。在此基础上,根据静压桩承载时桩侧土体应力状态与单剪试验及三轴试验中土体应力状态之间的相关性,基于总应力法推导了天然饱和黏土地层中静压桩时变承载力的解析解,提出了桩侧和桩端承载系数的理论计算方法。采用离心模型试验对本文解答进行验证,研究了沉桩结束后静压桩承载力随再固结时间的变化规律,分析了土体原位力学特性与静压桩承载系数之间的关系。研究结果表明,沉桩结束后静压桩承载力的增长主要是由于桩侧承载力的增长,而且静压桩承载力在沉桩结束后较短时间内增加的幅度较大,随后增长幅度变缓并趋于稳定;土体超固结比和静止侧压力系数越大,沉桩结束后承载力增长速率越快,但桩侧和桩端承载系数均随土体超固结比和静止侧压力系数的增大而减小。     

浅谈不同埋管形式能量桩的特点及研究现状

文章阐述了能量桩的发展现状,列举了不同埋管形式能量桩的特点,重点介绍了螺旋型能量桩热源模型及数值解模型,指出影响螺旋型能量桩换热性能的因素,为工程实践提供指导。