有限元分析模型设计优化

一方面，为了真实反映泵房的工作情况，采用了三维实体建模的方法；另一方面，为节省运算时间，对模型进行了简化，不考虑盾构工作井对泵房沉降的影响，按轴对称模型取结构的1／4进行模拟。泵房结构中板和墙以三维壳单元来模拟，立柱采用的是三维梁单元。考虑到地基基础与上部结构的共同工作，土体单元和泵房结构单元在对应接触面耦合。

泵房结构模型如图5-38所示。

为了模拟地基土的分层特性，模型中将地基土分为七层，根据上海地基软土的分层情况和工程地质勘查报告所提供的研究资料来确定地基土的尺寸，地基土体的长度取160m，宽度均取为100m，地基土的厚度从上到下依次为7m、6.5m、6.5m、15.1m、6.9m、21.5m和11.5m，地基土模型如图5-39所示。

图5-38 泵房结构模型

图5-39 地基土的有限元模型(www.xing528.com)

泵房结构为钢筋混凝土结构，在混凝土开裂前，结构处于弹性阶段，因此可认为水池结构为均质弹性体，采用线弹性模型。由于水池结构荷载较小，即地基中的应力值较低，因此地基也采用线弹性地基模型。水池结构的混凝土采用C30，地基土的参数取值参考岩土工程勘查报告相关实验结果，模型中地基土的参数取值见表5-27，土体的弹性模量取变形模量的3～5倍。

表5-27 材料物理特性

计算模型中的土体边界条件为：X、Y方向的土体边界条件为的水平方向位移约束，土体Z方向底部水平和竖直方向的位移均约束；荷载主要为泵房池壁和底板所承受的静水压荷载，作用方式如图5-40所示。