py曲线法的介绍及案例分析

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2019年1月29日
P-y曲线法的介绍及案例分析
基于以上Newmark法弹簧设置计算方法，本文将其推广用于p-y曲线方法的非线性弹簧的设置定各层土的m值，通过Newmark方法计算各个相应位置弹簧的弹性系数，将此值作为弹簧弹性
系数的初值；基于marc有限元软件计算梁弹簧结构体系的位移、转角，将此位移、转角作为梁的初始位移和转角; 2.根据第1步计算的位移、转角，采用有限元插值函数求出任一入土深度x处的水平位移 Y N1Yi N2zi N3Yj N4; zj
国 内
国内对p-y曲线法的研究较晚，韩理安教授根据众多的现场试桩资料提出 了p-y曲线的土抗力分布形式，采用相似理论的计算提出了一种构造 p-y曲 线的简便方法，该法目前已纳入《港口工程桩基规范》。
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P-y曲线法的介绍及案例分析
研究方法 分类
从目前p-y曲线的研究方法来看，可分为三类： 1.渤海海域进行的钢管桩水平承载力试验研究； 2.镇江大港万吨级泊位工程进行的钢管桩水平静力和动力试验 现场试桩试验 ； 3.软粘土中进行的桩水平静载荷循环荷载试验； 最为可靠，但其成本较高，此外，现场试验具有地域局限 性。 4.德克萨斯州Manor 地区的硬粘土中进行的同类试验； 室内模型桩试验 5.上海近郊的水下饱和粘性土中进行的一系列不同尺度的横向受载桩现场试验 具有成本低、条件易控制等优点，不足之处在于土体为重 1.土体为上海地区轻亚粘土，直径2.65cm，长110cm的 模型桩试验； 塑土，无法反应现场原状土的结构性，此外，模型与实际的一 2.土体为黄河沉积粉土，长度3 m，外径10mm，壁厚5mm的 钢管桩模型试验； 致性目前还难以评价。 3.土体为重塑饱和亚粘土，钢管桩模型试验； 有限元方法 4.土体为粉土，钢管桩模型试验。 优点在于重复性好、条件易控制，最大问题在于土体的本 1.利用三维有限元方法建立的桩土相互作用模型，模拟桩与砂土相互作用； 构模型及桩土界面的模拟。 2.利用三维有限元—无限元—接触面单元的非线性耦合数值模型模拟桩土作用。 P-y曲线法的介绍及案例分析
3.由X、Y值，计算桩上入土深度x处的水平土抗力 ，从而可得任意点处的地基系数 K x P x, Y / Y;
( i 1/2)
4.设桩入土长度为h，单元总数为n，单元长度为 ，则可得第i个弹簧的弹性系数为 Ki (i 1/2) K ( x)dx
(2) (3)
n 1
mj B
x0 h n1 x0 h / 2 n1 n 1
mj B
x0 i 1/ 2 n 1

n 1
x0 i 1/ 2
, i 1, 2,3....n 1
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2.研究现状
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P-y曲线法的介绍及案例分析
p-y曲线法的概念最早由Mcclelland 和Focht提出来。他们认为试桩的
国 外
实测反力与变位的关系曲线与同时进行的土的固结不排水三轴试验 应力应变曲线存在相关关系，于是提出了一种求解桩非线性横向阻 力的方法。
因此在理论上这两种方法有很大的局限性。 p-y曲线法： 指在水平荷载作用下，泥面下某一深度处的土体水平反力与该点桩
的挠度之间的关系曲线，是一种可考虑土体非线性效应的复合地基 反力法。
优点： 1.能较好地反映了桩土共同作用的变形特性；
2.在描述桩土相互作用的非线性方面较前两者更为合理。
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三种方法的比较
现场试桩试验
室内模型桩试验
有限元方法
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P-y曲线
分类
土体一般分为沙土和黏土，那么，p-y曲线的研究也应分别考虑。 1.Reese等基于埋入砂土中一组钢管桩试验研究和分析，从土楔体极限平衡理 论推出了砂土的极限土抗力，建立了砂土的分段p-y曲线； 2.美国API规范对上述公式进行了修正，修正后的方法计算位移精度较高，对 于控制侧向位移为主而桩自身强度较高的水平承载桩，新法尤佳； 3.李雨润、王成雷等利用振动台试验对砂土液化条件下的桩土动力相互作用p-y 曲线进行了分析并提出了相应的修正计算方法。
Newmark法
Newmark法的基本原理
把桩划分成若干段，将沿每段桩侧土体的横向抗力变换为一等效的弹簧支
座在该段，弹簧的弹性系数则根据该处桩侧土的特性而定，从而所有问题都化 为解算支承在一系列弹簧支座上的连续梁，用Newmark数值计算法求出梁的内
力及位移。如下图所示。
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沙土的研究
1.Matlock法；
2.Reese法；
黏土的研究
3.Sullivn法； 4.河海大学新统一法； 5.同济大学法。
关 键
五种方法的p-y曲线构造关键在于函 数分段依据和极限土抗力的确定。
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3.非线性
有 限元分析
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P-y曲线法的介绍及案例分析
主 要内容 主要内容
第一章 引言 第二章 p-y曲线法研究现状
第三章 水平受荷桩非线性有限元分析
第四章 有限元模型建立及分析 第五章 存在的问题
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P-y曲线法的介绍及案例分析
1.引言
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P-y曲线法的介绍及案例分析
P--y曲线法
的提出
对于承受水平荷载作用的桩基的设计与计算，K法和m法均假定地基为弹 性体，本质上都属于线性弹性地基反力法，而桩在水平荷载作用下受力性状 却是一个典型的桩土相互作用的非线性的复杂过程 ，在大位移情况下更 是如此。
Newmark法公式推导
设桩入土长度为h，单元总数为n，单元长度L=h/n .由于K(z)=m (x+xn)n，x0为地面处与土的黏聚力有 关的系数，则第i个弹簧的弹性系数为:
Ki
K0
Kn
Ki
i 1/2
i 1/2
BK ( x)dx
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由式（1）积分可得：
m1 B n 1 n 1 x / 2 x 0 0 n 1