[发明专利]一种室内相似模拟能源桩及其实验监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及室内大型相似模拟桩基工程领域，特别是指一种室内相似模拟能源桩及其实验监测系统。

背景技术

桩是深入土层柱型构件，桩与连接桩顶承台组成深基础，简称桩基，其作用是把上部结构的荷载传递到深部较坚硬压、压缩性较小的土层或岩层。桩按材料的分类混凝土桩、钢桩、组合桩等。

能源桩是一种新型的地下热交换器地源热泵系统，利用其与周围岩土体的热量交换。利用混凝土良好的导热性能，与周围大地形成热交换元件。国内外对能源桩的研究主要关注桩与周围岩土体的换热效率。

然而，大直径的钢筋混凝土桩基造价成本较高，岩土体条件复杂，施工周期慢，而进行相似模拟实验，实验周期短、成本低，优化复杂环境问题，从而更好的研究能源桩导热效率问题。

能源桩兼具结构构件和换热器双重功能，除了承受常规的结构荷载外，还要承受因换热所带来的温度作用，即桩体温度变形受到桩侧、桩尖岩土体以及桩顶结构的约束而产生的附加温度应力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种室内相似模拟能源桩及其实验监测系统。

该能源桩包括桩体、支架和换热管，桩体埋设于室内土箱中，换热管位于桩体内部，换热管环绕在支架上，支架上捆绑热敏电阻，桩体外部贴有应变片，桩体下部设置压力盒。

其中，桩体为水泥、粉煤灰、矿渣粉组成的复合体，桩体长1.5m，桩体直径为0.06m。

换热管为单U型、螺旋型或双螺旋型，换热管包括一个主体管、一个进口接头和一个出口接头。

支架为一根以上钢筋圆柱和一个以上箍筋相互编织形成的骨架。

采用该能源桩进行实验监测的系统，由能源桩与保温水箱连接而成，能源桩中的换热管与保温水箱中的抽水循环泵形成导热回路；当模拟冬季时，保温水箱中水的温度低于土箱中土体的温度，用于模拟能源桩吸热，当模拟夏季时，保温水箱中水的温度高于土箱中土体的温度，用于模拟能源桩放热。

保温水箱中设置抽水循环泵和温度加热器。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明基于能源桩室内大型相似模拟实验、监测系统，完全模拟能源桩热交换中的过程，并通过一小型抽水循环泵代替地源热泵，实验周期短，成本低，环境因素可控制，可以研究能源桩温度-荷载下的结构效应，判别能源桩的承载力，可观察与研究桩侧摩阻力与桩端阻力在桩基承载力的比例分布，可更好的研究能源桩换热效率，可观察和研究桩身由于温度变化产生的温度应力的影响。

附图说明

图1为本发明的室内相似模拟能源桩结构示意图；

图2为本发明的室内相似模拟能源桩换热管结构示意图一；

图3为本发明的室内相似模拟能源桩换热管结构示意图二；

图4为本发明的室内相似模拟能源桩支架结构示意图；

图5为本发明的内相似模拟能源桩实验监测系统结构示意图。

其中：11-桩体；12-换热管；13-支架；14-钢筋圆柱；15-箍筋；20-抽水循环泵；30-保温水箱；40-温度加热器；50-土箱；60-热敏电阻；70-应变片；80-压力盒。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种室内相似模拟能源桩及其实验监测系统。

如图1和图5所示，能源桩包括桩体11、支架13和换热管12，桩体11埋设于室内土箱50中，换热管12位于桩体11内部，换热管12环绕在支架13上，支架13上捆绑热敏电阻60，桩体11外部贴有应变片70，桩体11下部设置压力盒80。

桩体11为由水泥、粉煤灰、矿渣粉组成的复合体，桩体11的形状根据模拟具体工程，可为方柱、圆柱或其他几何形体。本实施例中，桩体11为圆柱。

如图1至图3，换热管12可为单螺旋型、双螺旋型、单U型，换热管12在桩体11内部形成一导热通路，本实施例中，换热管12为螺旋型。

能源桩换热管12的材料为聚乙烯(PE80或PE100)、高密度聚乙烯、聚氯乙烯等。本实施例中，换热管12采用聚氯乙烯，换热管12的直径为3mm。其所得直径按照具体工程缩小10倍。