岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (2): 529-536.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0754

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冷热循环下PHC能量桩热力响应 和承载性能现场试验

任连伟1，任军洋1，孔纲强2，刘汉龙3   

  1. 1. 河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 454000；2. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点试验室，南京 210098； 3. 重庆大学 土木工程学院，重庆 400045
  • 收稿日期:2020-06-04 修回日期:2020-12-07 出版日期:2021-02-10 发布日期:2021-02-09
  • 通讯作者: 孔纲强，男，1982年生，博士，教授，主要从事能源地下结构与透明土试验技术方面的教学与科研工作。E-mail: gqkong1@163.com E-mail:renhpu@163.com
  • 作者简介:任连伟，男，1980年生，博士，副教授，主要从事地基基础相关的教学与科研工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 51778212, No. U1810203）

Field tests on thermo-mechanical response and bearing capacity of PHC energy pile under cooling-heating cyclic temperature

REN Lian-wei1, REN Jun-yang1, KONG Gang-qiang2, LIU Han-long3   

  1. 1. School of Civil Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000, China; 2. Key Laboratory of Geomechanics and Embankment Engineering, Ministry of Education, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 3. College of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China
  • Received:2020-06-04 Revised:2020-12-07 Online:2021-02-10 Published:2021-02-09
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51778212, U1810203).

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摘要： 能量桩是一种兼具常规承载性能和地源热泵热交换器双重功能的建筑节能新技术。依托河南周口师范学院综合体育馆桩基工程项目，开展冷热循环温度作用下PHC能量桩的热力响应特性及承载性能现场试验。实测了不同流速下桩身温度与应变的发展规律，初步探讨了热致应力、桩侧摩阻力及换热性能等变化规律。研究结果表明：此试验条件下，冷热循环下PHC能量桩的桩身热致应力沿桩深分布不均，桩身上部出现负摩阻力；夏季或冬季模式下桩身最大热致应力 与温差 之间的倍数关系为212和115；提出了一个考虑温度作用效应的桩-土摩擦系数的计算公式，并基于此修正了PHC能量桩承载力计算方法，计算结果与现场试验结果吻合较好。

关键词: 循环温度, PHC能量桩, 现场试验, 热力响应, 承载性能

Abstract: Energy pile is a new building energy-saving technology, which has both functions of the bearing performance and the ground source heat pump heat exchanger. Based on the pile foundation engineering project of Zhoukou Normal University gymnasium in Henan province, field tests on the thermo-mechanical response and bearing capacity of PHC energy pile under cooling-heating cyclic temperature are carried out. The temperature and the strain of PHC energy pile are measured. The temperature-induced stress, side resistance, and heat exchange performance are analyzed and discussed. Test results show that: the distribution of the temperature-induced stress along pile depth varies greatly under cooling-heating cyclic temperature in this study. There is some negative shaft friction resistance developed in the upper part of the pile. The multiple relationship between the maximum thermal stress and temperature difference is 212 or 115 under summer or winter mode. Finally, a calculation formula of pile-soil friction coefficient considering temperature effect is proposed. Using this formula, the calculation method of bearing capacity of PHC energy pile is modified. The calculation results are in good agreement with field test results.

Key words: cyclic temperature, PHC energy pile, filed test, thermo-mechanical response, bearing capacity

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