能源桩是将换热管埋置在桩基础内的新型节能减排技术,满足建筑物冬季制暖、夏季制冷的需求,同时承受上部建筑结构荷载的桩基。相比于传统地源热泵,具有明显的技术和经济优势。预制管桩是工程上的一类重要的桩基类型,也是能源桩可以采用的桩基形式之一。当前,国内外针对预制能源管桩的研究相对较少。本文针对苏州现场试验结果结合有限元数值模拟方法对预制能源管桩的热-力学结构响应进行了研究。本文首先基于苏州能源桩现场的热响应试验,通过在桩侧布置的分布式光纤,对桩身温度及应变进行了实时监测。现场进行了两次测试,第一次测试是对预制管桩进行了单U型埋管和并联双U型埋管恒热流测试,升温时间为74h,然后对比了单U型和并联双U埋管型式下的桩身温度以及应变情况。结果发现,并联双U型埋管测试下的桩身温度和应变均明显大于单U型埋管。第二次测试则是对并联双U型埋管的65号桩进行长达552h的升温测试,并监测能源桩及临近桩体桩身温度及应变变化情况,结果表明临近桩温度不同程度地受升温桩的影响,最大温度变化达5℃。其次,利用COMSOL建立了预制能源管桩热-力学三维数值模型,结合现场测试条件模拟了并联双U型埋管的桩身热-力学响应过程,并将数值模拟和现场实测结果进行了比较分析,验证了所建模型可靠性。然后利用该模型对桩端约束条件和埋管方式这两种因素的影响进行了模拟分析。结果表明:当桩处于升温或者降温状态下,桩端处于部分约束状态时,相对于桩端完全约束状态下桩身位移零点会向上移动,桩端受到约束越小,桩身位移零点上移幅度越大。当桩端处于完全约束状态时,升温或者降温条件下的桩头位移量均大于桩端处于部分约束状态时的位移量。另外,桩端约束对桩身应力分布也产生较大的影响。当桩端处于完全约束状态时,桩身升温时桩端产生了 780kPa压应力,桩身降温时桩端产生了 800kPa的拉应力。不同的埋管方式对能源桩热-力学性质也有较大的影响。通过不同埋管方式的模拟可知,桩身温度、应变、应力和位移呈现如下规律:并联双U型埋管>W型埋管>单U型埋管。