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G310底董桥能量桩热力性能与桥面除冰现场试验
| 论文题名： | G310底董桥能量桩热力性能与桥面除冰现场试验 |
| 关键词： | 桥梁结构;承台能量桩;热力性能;桥面除冰;现场试验 |
| 摘要： | 桥梁为国家公路基础设施的咽喉，是国家经济及安全的重要设施之一。冬季桥面结冰是一个潜在的问题，将会对车辆的行驶造成安全隐患。目前桥面除冰常用方法往往造成一定的环境污染，还会对桥梁结构本身产生一定腐蚀性。浅层地热能是一种清洁、可持续发展的新能源，具有巨大的利用潜能和广阔的应用前景。能量桩作为浅层地热能开发与利用的主要形式之一，是一种兼具地源热泵换热器和支撑上部建筑荷载双重作用的建筑节能新技术，开展能量桩桥面除冰现场试验具有重要意义。本文依托河南省三门峡灵宝市国道310底董桥桥台2×2群桩基础及桥面系统，采用现场试验和数值模拟方法，对能量桩热力响应特性及能量桩除冰系统的传热特性进行了系统研究。主要研究内容为： （1）开展了夏季无桩顶荷载下的承台能量桩热力响应现场试验。实测不同流速下能量桩运行期间出入水口温度、桩身温度变化量、热致应力等。桩顶在单桩无荷载、无荷载承台群桩约束、单桩逐级加载、恒载承台群桩约束的不同条件下，Kh值（实际应变剩余量）呈递增的趋势；随着试验流速增加，每平米桩-土接触面积换热量qA呈递增趋势。 （2）进行了冬季路堤荷载和温度联合作用下大直径灌注桩热力响应特性现场试验。初步探讨了与分段吊装钢筋笼相匹配的新型换热管布管形式的可行性，分析了桩身热致应力、桩顶累积变形、以及单位面积换热效率等特性。同一桩型下每单位的换热量冬季工况相较于夏季工况低，这主要与冬、夏季导热液-桩身温差△T大小有关；其他变量一定的情况下△T越大，每单位长度/面积的换热量越大。 （3）构建了桥面板COMSOL三维模型，对不同管间距的桥面板进行除冰模拟，同时为现场试验除冰所需最小热通量进行预先计算。该模拟未进行预热准备，与现场试验略有区别。模拟得出减小桥面板布管间距能大大提高桥面除冰效果，同时未预热准备也会延长除冰消耗的时间。 （4）开展了能量桩单桩系统与3桩串联系统的两组现场除冰试验。能量桩系统对冰层有加速融化的效果，除冰期间桥面板产生了部分压应力；串联多桩系统与单桩系统除冰效果接近；预先建立除冰系统时，桥面板供热设计值qmax需要有20%的安全预估，以使系统更有效的除冰。 |
| 作者： | 韩志攀 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 任连伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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