地鐵振動作用下高層建筑物邊墻的動態響應規律分析

吳克凱

(北京市大興城鎮建設綜合開發集團，北京 102600)

1 工程概況

地鐵8號線中國美術館站站后折返線區間全線采用礦山法施工。此區段區間為直線段，并以2‰的坡度下坡。左右線區間結構水平凈距為3.2 m，區間主要結構參數如表1所示。

2 振動效應模擬計算

2.1 結構參數

隧道襯砌材料參數如表2所示，隧道襯砌采用C35混凝土。

2.2 模型建立

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

2.3 振動波

振動波振幅為0.01 m/s，振動時長π/10s，振動周期T為π/300。振動波加載至軌道相應位置。提取建筑物中相應位置質點的振動峰值速度。

3 振動數據分析

建筑物側墻內選取13個質點，各個測點振動速度值如表3所示。

由圖1所示曲線可知，建筑物側墻水平向振動響應規律主要為振動速度隨振源距離的增加出現往復循環變化，此時的振源距為質點高差，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，而是隨高差表現出了放大和衰減雙重特性。

表3 質點峰值振動速度

圖1 水平方向質點峰值振動速度變化規律

圖2中所示曲線為邊墻質點豎直向振動峰值的變化曲線，曲線顯示豎直向振動在高程達到一定值時，呈現逐漸加大的規律，此階段內振動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遠大于水平向，放大倍數近3倍。

圖2 豎直方向質點峰值振動速度變化規律

通過研究發現高程放大和距離衰減效應共存，高程增加時，意味著振源距持續增加，高程放大效應是在一定高度內凸顯，即在一定高度內距離的衰減效應小于高程放大效應，但當高度增加到一定限制時，振動速度仍是呈衰減趨勢。此限制于振動頻率相關。由此，對不同高程處質點速度峰值擬合需考慮高程與振源距離兩個因素。振速與高程和振源距的數學關系可以通過下式進行描述。

式中：R為振源距離，m；α為衰減系數；K″為與巖性相關的系數。K′為與結構材料性質相關的系數；H為高差，m；β為放大因子。

4 結 論

(1)建筑物側墻水平向振動響應規律主要為振動速度隨振源距離的增加出現往復循環變化，隨高差的增加水平向振速并不是一味增加或降低，而是隨高差表現出了放大和衰減雙重特性。

(2)豎直向振動在高程達到一定值時，呈現逐漸加大的規律，此計算模型中振動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遠大于水平向，此模型中放大系數近3倍。

(3)高程放大效應和距離的衰減效應共存，對不同高程處質點速度峰值擬合需考慮高程與振源距離兩個因素。