地鐵振動(dòng)作用下高層建筑物邊墻的動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律分析

吳克凱

(北京市大興城鎮(zhèn)建設(shè)綜合開發(fā)集團(tuán)，北京 102600)

1 工程概況

地鐵8號(hào)線中國(guó)美術(shù)館站站后折返線區(qū)間全線采用礦山法施工。此區(qū)段區(qū)間為直線段，并以2‰的坡度下坡。左右線區(qū)間結(jié)構(gòu)水平凈距為3.2 m，區(qū)間主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)信息匯總表

2 振動(dòng)效應(yīng)模擬計(jì)算

2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

隧道襯砌材料參數(shù)如表2所示，隧道襯砌采用C35混凝土。

表2 隧道襯砌力學(xué)參數(shù)

2.2 模型建立

考慮到模型計(jì)算的空間效應(yīng)，計(jì)算模型取取長(zhǎng)400，寬150 m，自地表50 m厚的土體作為計(jì)算范圍。

2.3 振動(dòng)波

振動(dòng)波振幅為0.01 m/s，振動(dòng)時(shí)長(zhǎng)π/10s，振動(dòng)周期T為π/300。振動(dòng)波加載至軌道相應(yīng)位置。提取建筑物中相應(yīng)位置質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)峰值速度。

3 振動(dòng)數(shù)據(jù)分析

建筑物側(cè)墻內(nèi)選取13個(gè)質(zhì)點(diǎn)，各個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度值如表3所示。

表3 質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度

由圖1所示曲線可知，建筑物側(cè)墻水平向振動(dòng)響應(yīng)規(guī)律主要為振動(dòng)速度隨振源距離的增加出現(xiàn)往復(fù)循環(huán)變化，此時(shí)的振源距為質(zhì)點(diǎn)高差，因此可以獲得，隨高差的增加水平向振速并不是一味增加或降低，而是隨高差表現(xiàn)出了放大和衰減雙重特性。

圖1 水平方向質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度變化規(guī)律

圖2中所示曲線為邊墻質(zhì)點(diǎn)豎直向振動(dòng)峰值的變化曲線，曲線顯示豎直向振動(dòng)在高程達(dá)到一定值時(shí)，呈現(xiàn)逐漸加大的規(guī)律，此階段內(nèi)振動(dòng)速度主要受高程放大效益作用，在局部位置隨高程增加不斷加大，由振速值可以看出，豎直向振速放大倍數(shù)遠(yuǎn)大于水平向，放大倍數(shù)近3倍。

圖2 豎直方向質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度變化規(guī)律

通過研究發(fā)現(xiàn)高程放大和距離衰減效應(yīng)共存，高程增加時(shí)，意味著振源距持續(xù)增加，高程放大效應(yīng)是在一定高度內(nèi)凸顯，即在一定高度內(nèi)距離的衰減效應(yīng)小于高程放大效應(yīng)，但當(dāng)高度增加到一定限制時(shí)，振動(dòng)速度仍是呈衰減趨勢(shì)。此限制于振動(dòng)頻率相關(guān)。由此，對(duì)不同高程處質(zhì)點(diǎn)速度峰值擬合需考慮高程與振源距離兩個(gè)因素。振速與高程和振源距的數(shù)學(xué)關(guān)系可以通過下式進(jìn)行描述。

式中：R為振源距離，m；α為衰減系數(shù)；K″為與巖性相關(guān)的系數(shù)。K′為與結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)相關(guān)的系數(shù)；H為高差，m；β為放大因子。

4 結(jié) 論

(1)建筑物側(cè)墻水平向振動(dòng)響應(yīng)規(guī)律主要為振動(dòng)速度隨振源距離的增加出現(xiàn)往復(fù)循環(huán)變化，隨高差的增加水平向振速并不是一味增加或降低，而是隨高差表現(xiàn)出了放大和衰減雙重特性。

(2)豎直向振動(dòng)在高程達(dá)到一定值時(shí)，呈現(xiàn)逐漸加大的規(guī)律，此計(jì)算模型中振動(dòng)速度主要受高程放大效益作用，在局部位置隨高程增加不斷加大，豎直向振速放大倍數(shù)遠(yuǎn)大于水平向，此模型中放大系數(shù)近3倍。

(3)高程放大效應(yīng)和距離的衰減效應(yīng)共存，對(duì)不同高程處質(zhì)點(diǎn)速度峰值擬合需考慮高程與振源距離兩個(gè)因素。