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1、四川建筑科學(xué)研究第40卷第4期182SichuanBuildingScience2014年8月預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁打樁過(guò)程有限元分析艾潔，陳玲俐(上海大學(xué)土木工程系，上海200072)摘要：預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁利用建筑物周邊空地和綠化帶，以低配筋預(yù)制樁作為換熱管載體，實(shí)現(xiàn)淺層地?zé)崮芙粨Q。預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁繼承了垂直式土壤源熱泵的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)解決了傳統(tǒng)能源樁可靠度高、易發(fā)生沉降等問(wèn)題。本文通過(guò)有限元分析，從強(qiáng)度和穩(wěn)定性兩方面驗(yàn)證了預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁的施工安全性。關(guān)鍵詞：地源熱泵；能源樁；數(shù)值模擬中圖分類號(hào)：TU473文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008—19
2、33(2014)04—182—04FEManalysisofprocessofpilingonenergypiledrivenbyprecastpileAIJie．CHENLingli(DepartmentofCivilEngineering，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)Abstract：Utilizingthespaceofgreenbeltandparkingarea，heatexchangersareabletoextractiveenergyfromtheearthbyp
3、recastdrivenpilewhosereinforcementratioislowerthanstructuralpile．Thisnewenergypileinheritstheadvantagesofverticalgroundheatexchangerssystemandsolvesthedisadvantagesofconventionalenergypilesuchashighreliabilityandsettlementproblem．ItisillustratedinFEManalysisthatthenew
4、energypileisfeasibleinconstructionprocess．Keywords：groundsourceheatpump；energypile；numericalsimulation導(dǎo)致樁基的風(fēng)險(xiǎn)增加；易發(fā)生沉降，造成換熱管破0引言損，維修困難；換熱效率受到結(jié)構(gòu)樁基尺寸及排列的自2O世紀(jì)80年代能源樁在澳大利亞被首次使制約。因此，本文在傳統(tǒng)能源樁的基礎(chǔ)上提出了一用以來(lái)，一直是備受關(guān)注的建筑節(jié)能技術(shù)J，如圖1種新型的能源樁——預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁，并運(yùn)用有限所示。近二十年來(lái)，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了大力發(fā)元方法，對(duì)預(yù)制驅(qū)
5、動(dòng)能源樁在施工中可能出現(xiàn)的強(qiáng)展，并已建成一些成功的能源樁項(xiàng)目。如上海世博度和穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了細(xì)致分析，確保本文所提方軸(2olo)、同濟(jì)大學(xué)旭日樓(2006)、日本札幌市立案在施工方面具有可行性。大學(xué)護(hù)理學(xué)院新樓(2005)、瑞士蘇黎世機(jī)場(chǎng)的Dock1一種新的能源樁設(shè)計(jì)施工方Midfield大樓(1999)等均采用了能源樁基技術(shù)。案——預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁是一種由傳統(tǒng)能源樁技術(shù)及垂直式土壤源熱泵技術(shù)引申而來(lái)的新型地源熱泵施工一＼＼UU#-~~-／技術(shù)。它是利用建筑周圍的綠化帶或停車場(chǎng)作為埋管區(qū)域，以構(gòu)造樁的方式搭載地源熱泵
6、換熱管，并與～～竺一／／熱泵連接構(gòu)成完整的地源熱泵系統(tǒng)。作為一種構(gòu)造樁，預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁的樁徑、配筋率低于結(jié)構(gòu)樁基；圖1能源樁示意換熱管布置方式又不同于傳統(tǒng)能源樁；文獻(xiàn)[6]通Fig．1Representationofaheatexchangerpilesystem過(guò)案例對(duì)比論證了預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁在換熱性能及經(jīng)濟(jì)上具有優(yōu)勢(shì)：但是，由于樁基承擔(dān)著換熱與承載的雙重作用，1)預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁不參與結(jié)構(gòu)體系的受力，不存在大的沉降問(wèn)題，結(jié)構(gòu)樁變?yōu)轵?qū)動(dòng)樁，其設(shè)計(jì)可靠收稿日期：2013-06-09度要求大大降低。作者簡(jiǎn)介：艾潔(1989一)，女，碩士
7、在讀，研究方向?yàn)轭A(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁技術(shù)。2)預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁采用工廠預(yù)制埋管、現(xiàn)場(chǎng)打E—mail：jayinl943@163．con樁機(jī)安裝，符合現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化要求，大大縮短了施2014No．4艾潔，等：預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁打樁過(guò)程有限元分析183工周期，省去了鉆孔費(fèi)用；預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁截面尺寸表1預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁的工況設(shè)計(jì)Table1Designofprecastenergypiles小，每根樁中埋設(shè)1～2組換熱管，減小了支管間熱干擾：u型管總量相同的情況下，一根埋設(shè)多個(gè)U型管串聯(lián)的鉆孔灌注樁的無(wú)量綱因子熱效率E低于多根分別埋設(shè)單U型管的預(yù)制驅(qū)
8、動(dòng)能源樁，同時(shí)，預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁的材料成本僅為鉆孔灌注樁埋管的53％。此外，由于預(yù)制驅(qū)動(dòng)能源樁的獨(dú)立性，建立三維有限元模型，為減小邊界條件的影響，更有益于換熱系統(tǒng)的安全和后期維護(hù)工作。取土體分析區(qū)域的寬度為樁徑的l0倍(3．5m)，3)在上海等沿海城
