[发明专利]一种能源桩群桩效应试验装置

说明书

本发明属于建筑用试验设备技术领域，涉及一种能源桩群桩效应试验装置，采用桩土模型箱来模拟真实土壤对能源桩的作用，通过螺旋水循环系统控制能源桩的温度模拟能源桩热交换过程中的升温和降温过程，而且用水作为循环液体，比热容大，便于取材，且经济实惠，水循环管与桩体接触面积大，温度传递速度极快，不仅能对单一能源桩进行加载状态下和不加载状态下的试验，还能够突破性的对温度变化的能源桩的群桩效应进行模拟，伺服液压系统能较灵敏的控制加载过程，稳定性好；其结构简单，操作方便安全，试验数据精确，能真实模拟制冷或供暖工程中多个能源桩在土体内的情况，应用广泛。

技术领域：

本发明属于建筑用试验设备技术领域，涉及一种能源桩群桩效应试验装置。

背景技术：

近年来，随着城乡快速发展化石能源不断减少，新型能源的开发利用已是社会可持续发展的必然要求。地下浅层地热资源是一种可实现节能减排的可持续绿色能源，而且其储量大、分布广、稳定性强。但是传统的地源热泵系统多是以钻孔埋管作为地下换热器，造价高、占地面积大，限制了地热资源的推广应用，而能源桩技术将热交换器直接埋设于建筑物桩基中，在节约地下空间、保证施工质量的同时，桩体混凝土热交换率高，具有更好的经济效益。

能源桩除了承担上部结构荷载外，还要承受因热交换所带来的温度附加应力，桩与土的相互作用机理更加复杂。在热循环作用下，能源桩体积的热胀冷缩影响了其荷载传递等特征，因此对能源桩的承载力和变形有较大影响。

目前，能源桩的研究仍存在诸多障碍尚未扫除，现场测试手段不足，理论模型的建立尚未统一，试验装置的匮乏等，均严重阻碍着能源桩的发展。因此，有必要开发和研制一种能源桩群桩效应试验装置，开展室内模型试验研究能源桩与周围土体的荷载传递机理，对能源桩技术的推广，促进建筑节能减排，具有重要理论意义和工程指导价值。

发明内容：

本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种能源桩群桩效应试验装置，考虑能源桩在温度变化条件下的群桩效应，模拟制冷或供暖工程中多个能源桩在土体内的情况，为热循环作用下能源桩的群桩效应的研究提供理论基础。

为了实现上述目的，本发明所述能源桩群桩效应试验装置的主体结构包括模型箱、能源桩、水循环温控系统、法向加载系统和数据采集控制系统，其中水循环温控系统包括多分路水箱、加热器、制冷器、循环水泵、螺旋循环水管、阀门；法向加载系统包括液压力器、可移动钢块、控制箱、反力架；数据采集控制系统包括流量计、温度计、阀门、制冷器、制热器、液压力器、控制箱、应力传感器；模型箱内放置放置试验所需土样并为法向加载系统提供反力支撑点，法向加载系统能够前后上下移动，在模型箱内任何位置打下能源桩，或为单一能源桩进行持续加载；能源桩内置螺旋循环水管，水由能源桩上部进水口注入，在能源桩内部由上部螺旋到底部再螺旋上来，由能源桩上部的出水口排出；进水口与循环水泵管道连接，出水口与多分路水箱管道连通，进水口与循环水泵之间的管道、出水口与多分路水箱之间的管道上均设有流量计和温度计，其中进水口与循环水泵之间管道上的流量计和温度计之间设有阀门；多分路水箱采用分隔板分隔成四个小水箱，分隔板采用温度隔绝板，每个小水箱带有温度表，小水箱左侧壁的上部和下部分别设有制冷器和加热器，根据实际需要对多分路水箱中的水温进行加热或制冷，小水箱的底部与水龙头连接，循环水泵与最左侧小水箱底部的水龙头连接；能源桩沿桩身每隔10cm贴一个应力传感器，能源桩温度变化时桩身压力的变化实时反应到外部采集数据的电脑上；应力传感器与外部电脑连接；模型箱上设有反力架，反力架上安装液压力器，上部可移动钢块与液压力器通过螺栓连接，即保证反力完全作用在反力架上，又使液压力器的移动比较轻便；钢轮设置在可移动钢块的底部两端，控制箱与外部电脑连接。

本发明采用能源桩群桩效应试验装置进行能量桩温度变化时单桩荷载下应力应变试验，或多个能源桩温度变化下的群桩效应试验，具体试验过程如下：