温度—应力耦合作用下能量群桩受力机理研究

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1、分类号密级UDC学校代码10500硕士学位论文（全日制学术学位）题目：温度-应力耦合作用下能量群桩受力机理研究英文题目：StudyonForceMechanismofEnergyGroupPilesunderTemperature-stressCoupling学位申请人姓名：闻启栋申请学位学科专业：工程力学指导教师姓名：胡其志（教授）二○一八年五月分类号密级UDC学校代码10500硕士学位论文题目温度-应力耦合作用下能量群桩受力机理研究英文题目studyonForceMechanismofEnergy

2、GroupPilesunderTemperature-stressCoupling研究生姓名（签名）指导教师姓名（签名）职称申请学位学科名称工程力学学科代码077204论文答辩日期2018.05.18学位授予日期学院负责人（签名）评阅人姓名王国波评阅人姓名黄永俊年月日学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个

3、人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月摘要随着世界一体化绿色经济的推动，节能和环保的主题得到广泛认可

4、，能量桩在岩土工程领域中的应用不断增加。能量桩是通过在现浇钢筋混凝土桩内埋入传热管，利用传热管进行热量传递和转换的地热利用装置。由于温度在桩内传递的过程中会使桩内温度上升或下降，使桩内产生一定的温度应力。温度应力的产生会使桩体结构稳定性改变，桩体的沉降值会有一定的变化，对建筑物整体结构不利。同时，对于群桩基础的运用也在不断增多，从而有必要开展对能量群桩的研究和数值计算，对超大型建筑物采用能量群桩具有一定的参考借鉴。本文通过了解国内外对能量桩及群桩研究现状，介绍热传导率、初始条件及边界条件等因素，分析稳

5、态温度场及温度应力的有限元理论计算，同时介绍竖向荷载作用下群桩基础的承载力及沉降理论分析，讨论能量群桩在不同工况下桩基的沉降情况。通过参考已竣工工程实测数据，利用ANSYSworkbench及fluent软件进行热-固-流耦合作用下能量单桩数值模拟分析，分析能量单桩温度场和应力场在温度循环稳定后温度分布情况、温度应力云图及桩的沉降图，并通过软件计算出能量桩的轴力大小变化情况。结合已有数据进行对比，得出能量桩温度循环稳定后进出水口温差实测与模拟结果，5℃时误差为0.54℃，50℃时误差为1.59℃；同时

6、在温度循环作用下对能量桩沉降实测值与模拟结果进行对比分析，得出未施加温度为0.42mm，5℃时误差为0.14mm，50℃时误差为0.47mm，认为利用ANSYS进行模拟分析可靠性较高。设计群桩尺寸、荷载等大小，进而进行能量群桩模拟分析，分析能量群桩的温度场、应力场以及桩身轴力改变情况。通过对比能量单桩和能量群桩结果，得出群桩与单桩沉降值在未施加温度时相差2.44mm，5℃时相差3.68mm，50℃时相差2.18mm,可以得出群桩在各温度作用下的沉降变化增大，证明在温度作用下的群桩效应更加不可忽视，给能

7、量群桩在建筑工程中的应用提出相应的建议。最后，总结本文主要的研究重点以及结论，并对能量桩及群桩在工程中的应用这一课题进行展望。关键词：能量桩；ANSYS；有限元方法；温度应力；群桩效应IAbstractWiththedevelopmentofourcountry'seconomy,thethemeofenergyconservationandenvironmentalprotectionhasbeenpromoted,andtheapplicationofenergypilesinconstructi

8、onprojectsisincreasing.Theenergypileisageothermalutilizationdevicethatembedsheattransfertubesincast-in-placereinforcedconcretepilesandusesheattransfertubesforheattransferandconversion.Asthetemperatureistransmittedthroughthepile,t