基于P-Y曲线法的水平受荷桩非线性有限元分析

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1、万方数据第27卷第10期2006年10月岩土力学RockandSoilMechanics、，01．27NO．100ct．2006基于尸．y曲线法的水平受荷桩非线性有限元分析苏静波，邵国建，刘宁(河海大学土木工程学院，南京210098)摘要：P—Y曲线法是一种非线性地基反力法，它考虑了土的非线性特性、分层特性、不同土类及荷载类型等因素，适用于分析横向荷载作用下有较大变位的桩结构物。从Newmark方法弹簧支座的概念出发，建立了桩土相互作用体系的接触非线性有限元分析模型，采用复合地基反力法的pl，曲线公式，推导了作用于桩上的非线性弹簧弹性系数的计算公式，基于marc有限元软件编制了相

2、应的计算程序，基于一阶Taylor随机有限元的思想，给出了土性参数对泥面位移的敏感性计算公式，结合试桩资料的计算结果验证提出方法是合理可行的。关键词：Newmark方法；P．Y曲线：非线性弹簧；敏感性；有限元中图分类号：TU473文献标识码：ANonlinearfiniteelementanalysisofpilesunderlateralloadbasedonP·ycurvesSUJing—bo，SHAOGuo-jian，LIUNing(CollegeofCivilEngineering，HohaiUniversity，Nanjing210098，China)Abstract：

3、俸YcurvesmethodiSonekindofnonlinearsubgrade．reactionmethods；itconsidersthenonlinearcharacter,layercharacter,differentkiads，andloadkindsofgroundsoil．StartingfromtheconceptofspringjointinNewmarkmethod，thecontactnonlinearfiniteelementmodelisestablishedforthepile．soilsystem．BytheformulaofP—Ycurves

4、ofcompoundfoundationreactionmethod，theformulasofelasticcoefficientsofnonlinearspringsarededuced．nlecorrespondingprogramsareorganizedbasedonMarc．Basedon1stTaylorstochasticfiniteelementconcept．thesensitivitiesofthedisplacementonthesoillevelforsoilparametersarecomputed．Bycomparingthedataoftestin

5、gpile，thenumericalresultsindicatetherationalityandthefeasibilityofthepresentedmethod．Keywords：Newmarkmethod；P—Ycurves；nonlinearspring；sensitivity：FEM1前言尸．1，曲线法是一种非线性地基反力法，它考虑了土的非线性特性、分层特性、不同土类及荷载类型等因素，适于分析横向荷载作用下的桩结构物，特别是分析横向荷载作用下有较大变位的桩结构物。P．Y曲线法最早由Matlock等¨~31提出，并被列入美国API规范。我国学者也进行了大量地研究【4叫

6、¨，提出了适合于我国土质特性的P—l，曲线公式和一些基于P—Y曲线的桩结构物计算方法【12~15

7、，这些方法都是基于有限差分的思想，但对变截面桩或桩结构物与其他结构物共同作用体系等情况下的计算存在一定的困难。对于土性参数对泥面位移和桩身最大弯矩的影响，文[141做了定性分析，文[151用差分方法作了定量分析，叶万灵掣16J提出了水平受荷桩的非线性NL计算方法，王梅等1171对水平受荷单桩m法进行了试验研究，洪平等【l8J对水平受荷桩的可靠性进行了分析。本文基于Newmark法设置弹簧支座的概念，建立了分析P。y曲线下桩结构物变形及内力的非线性有限元分析模型，并给出了土性参数对泥面

8、位移敏感性大小的定量计算方法。2复合地基反力法的P—Y曲线理论长桩桩顶受到水平力后桩附近的土从地面开始屈服，塑性区逐渐向下扩展。复合地基反力法在塑性区采用极限地基反力法，在弹性区采用弹性地基反力法，再根据弹性区和塑性区边界上的连续条件求桩的水平抗力。由于塑性区与弹性区水平地基反力分布的不同假设，复合地基反力计算方法有：长尚法、竹下法、斯耐特科法【5j和目前广泛采用的只y收稿日期：2005．03—04修改稿收到日期：2005．08．15作者简介：苏静波，男，1979年生，博士研究生