[發明專利]一種室內相似模擬能源樁及其實驗監測系統

在審

• 申請號: 201710012912.4
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106759549A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 喬蘭;馬浩添;李遠;李慶文
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及室內大型相似模擬樁基工程領域，特別是指一種室內相似模擬能源樁及其實驗監測系統。

背景技術

樁是深入土層柱型構件，樁與連接樁頂承臺組成深基礎，簡稱樁基，其作用是把上部結構的荷載傳遞到深部較堅硬壓、壓縮性較小的土層或巖層。樁按材料的分類混凝土樁、鋼樁、組合樁等。

能源樁是一種新型的地下熱交換器地源熱泵系統，利用其與周圍巖土體的熱量交換。利用混凝土良好的導熱性能，與周圍大地形成熱交換元件。國內外對能源樁的研究主要關注樁與周圍巖土體的換熱效率。

然而，大直徑的鋼筋混凝土樁基造價成本較高，巖土體條件復雜，施工周期慢，而進行相似模擬實驗，實驗周期短、成本低，優化復雜環境問題，從而更好的研究能源樁導熱效率問題。

能源樁兼具結構構件和換熱器雙重功能，除了承受常規的結構荷載外，還要承受因換熱所帶來的溫度作用，即樁體溫度變形受到樁側、樁尖巖土體以及樁頂結構的約束而產生的附加溫度應力。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種室內相似模擬能源樁及其實驗監測系統。

該能源樁包括樁體、支架和換熱管，樁體埋設于室內土箱中，換熱管位于樁體內部，換熱管環繞在支架上，支架上捆綁熱敏電阻，樁體外部貼有應變片，樁體下部設置壓力盒。

其中，樁體為水泥、粉煤灰、礦渣粉組成的復合體，樁體長1.5m，樁體直徑為0.06m。

換熱管為單U型、螺旋型或雙螺旋型，換熱管包括一個主體管、一個進口接頭和一個出口接頭。

支架為一根以上鋼筋圓柱和一個以上箍筋相互編織形成的骨架。

采用該能源樁進行實驗監測的系統，由能源樁與保溫水箱連接而成，能源樁中的換熱管與保溫水箱中的抽水循環泵形成導熱回路；當模擬冬季時，保溫水箱中水的溫度低于土箱中土體的溫度，用于模擬能源樁吸熱，當模擬夏季時，保溫水箱中水的溫度高于土箱中土體的溫度，用于模擬能源樁放熱。

保溫水箱中設置抽水循環泵和溫度加熱器。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

本發明基于能源樁室內大型相似模擬實驗、監測系統，完全模擬能源樁熱交換中的過程，并通過一小型抽水循環泵代替地源熱泵，實驗周期短，成本低，環境因素可控制，可以研究能源樁溫度-荷載下的結構效應，判別能源樁的承載力，可觀察與研究樁側摩阻力與樁端阻力在樁基承載力的比例分布，可更好的研究能源樁換熱效率，可觀察和研究樁身由于溫度變化產生的溫度應力的影響。

附圖說明

圖1為本發明的室內相似模擬能源樁結構示意圖；

圖2為本發明的室內相似模擬能源樁換熱管結構示意圖一；

圖3為本發明的室內相似模擬能源樁換熱管結構示意圖二；

圖4為本發明的室內相似模擬能源樁支架結構示意圖；

圖5為本發明的內相似模擬能源樁實驗監測系統結構示意圖。

其中：11-樁體；12-換熱管；13-支架；14-鋼筋圓柱；15-箍筋；20-抽水循環泵；30-保溫水箱；40-溫度加熱器；50-土箱；60-熱敏電阻；70-應變片；80-壓力盒。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發明提供一種室內相似模擬能源樁及其實驗監測系統。

如圖1和圖5所示，能源樁包括樁體11、支架13和換熱管12，樁體11埋設于室內土箱50中，換熱管12位于樁體11內部，換熱管12環繞在支架13上，支架13上捆綁熱敏電阻60，樁體11外部貼有應變片70，樁體11下部設置壓力盒80。

樁體11為由水泥、粉煤灰、礦渣粉組成的復合體，樁體11的形狀根據模擬具體工程，可為方柱、圓柱或其他幾何形體。本實施例中，樁體11為圓柱。

如圖1至圖3，換熱管12可為單螺旋型、雙螺旋型、單U型，換熱管12在樁體11內部形成一導熱通路，本實施例中，換熱管12為螺旋型。

能源樁換熱管12的材料為聚乙烯(PE80或PE100)、高密度聚乙烯、聚氯乙烯等。本實施例中，換熱管12采用聚氯乙烯，換熱管12的直徑為3mm。其所得直徑按照具體工程縮小10倍。