地鐵8號線瀛海站高架橋地鐵振動響應規(guī)律分析

張麗媛

(中材地質工程勘查研究院有限公司，北京 100102)

1 工程概況

瀛海出入線段高架橋下部結構墩柱采用花瓶墩墩柱尺2.4～7.0 m(橫橋向)×2.0 m(縱橋向)。承臺尺寸為5.5 m×5.5 m×2.0 m(8.6 m×5.5 m×2.0 m)承臺下樁基采用4φ×1.2 m(6φ×1.2 m)型基礎。

2 振動監(jiān)測

2.1 監(jiān)測設備

現(xiàn)場振動監(jiān)測工作，采用的監(jiān)測儀器是四川拓普測控科技有限公司研制的iSensor三軸振動智能傳感器，是振動測試業(yè)界第一款無線智能傳感器，集三軸振動傳感器和數(shù)字化測量、存儲、無線傳輸一體。

2.2 分析程序

iSensor配套專用的上位機軟件——imsServer，運行于win7、win10等操作系統(tǒng)，實現(xiàn)上位機與iSensor的無線通訊，完成對iSensor的參數(shù)設置、采集控制、虛擬示波、在線監(jiān)測等，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、下載、數(shù)據(jù)回放、報告輸出以及專業(yè)的爆破特征分析、爆破預測等功能。

其中包括在線監(jiān)測-Monitor模塊，可完成設備的參數(shù)設置、采集控制等；實現(xiàn)多臺設備在線監(jiān)測，實時刷新設備狀態(tài)和特征數(shù)據(jù)。專用分析-Blast Analysis模塊，具有多臺設備的數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)回放、以及專業(yè)的振動特征分析，輸出報告等功能。

2.3 測點布設

選取高架橋區(qū)間進行現(xiàn)場振動測試，選取的測試位置的高度6.7 m，支座與軌道垂直距離2.4 m。設置傳感器單次采集時間2 s，觸發(fā)電平0.02 g。測點安置部位考慮試驗需要以及現(xiàn)場環(huán)境，選取位置如表1所示。

表1 測點信息

3 振動數(shù)據(jù)分析

(1)沿橋墩豎直方向振動衰減規(guī)律

距離軌道最近的支座處測點，距離振源2.4 m，其振動速度：順橋方向水平峰值振幅0.368 cm/s，振動主頻為109.4 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.469 cm/s，主頻為66.4 Hz；豎直方向峰值振速為0.344 cm/s，主頻為234.4 Hz。

距離振源5.7 m處振動速度：順橋方向水平峰值振幅為0.236 cm/s，振動主頻為136.7 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.236 cm/s，主頻為70.3 Hz；豎直方向峰值振速為0.154 cm/s，主頻為70.3 Hz。

距離振源6.7 m處振動速度：順橋方向水平峰值振幅為0.200 cm/s，振動主頻為140.6 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.139 cm/s，主頻為136.7 Hz；豎直方向峰值振速為0.151 cm/s，主頻為66.4 Hz。

圖1 沿橋墩豎直方向振動衰減規(guī)律

(2)沿地面振動衰減規(guī)律

橋墩底部振動速度：順橋方向水平峰值振幅為0.200 cm/s，振動主頻為140.6 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.139 cm/s，主頻為136.7 Hz；豎直方向峰值振速為0.151 cm/s，主頻為66.4 Hz。

在距離橋墩5 m處位置選取一次振動數(shù)據(jù)進行分析，列車通過振動波持續(xù)時間約14 s，振動引發(fā)的順橋方向水平峰值振幅為0.116 cm/s，振動主頻為66.4 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.076 cm/s，主頻為50.8 Hz；豎直方向峰值振速為0.083 cm/s，主頻為50.8 Hz。

在距離橋墩10 m處位置選取一次振動數(shù)據(jù)進行分析，列車通過振動波持續(xù)時間約10 s，振動引發(fā)的順橋方向水平峰值振幅為0.091 cm/s，振動主頻為101.6 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.053 cm/s，主頻為101.6 Hz；豎直方向峰值振速為0.089 cm/s，主頻為101.6 Hz。

在距離橋墩15 m處位置選取一次振動數(shù)據(jù)進行分析，列車通過振動波持續(xù)時間約6 s，振動引發(fā)的順橋方向水平峰值振幅為0.060 cm/s，振動主頻為50.8 Hz；垂直橋方向水平峰值振速為0.058 cm/s，主頻為50.8 Hz；豎直方向峰值振速為0.062 cm/s，主頻為50.8 Hz。

圖2 豎直方向振動衰減規(guī)律

高架橋橋墩振動速度隨振源距變化的數(shù)學預測模型如下

V=K·r+b

圖3 擬合結果

高架橋的橋墩衰減系數(shù)K=-0.007 5～-0.003 9，橋墩材料系數(shù)b=0.45～0.65。此區(qū)域內橋墩體內的振動速度衰減預測模型為：

V=(-0.0075～-0.0029)·r+(0.45～0.65)周圍土體的振動速度主要受振源距的控制，呈現(xiàn)隨振源距增加指數(shù)衰減的變化規(guī)律，數(shù)學預測模型如

V=K·eβ·r

圖4 擬合結果

周圍土體的振動速度衰減系數(shù)β=-0.077～-0.052，場地系數(shù)K=0.118～0.189。此區(qū)域內橋墩體內的振動速度衰減預測模型為

V=(0.118～0.189)·e(-0.077～-0.052)·r

4 結 論

(1)高架橋橋墩振動速度隨振源距增加呈現(xiàn)出近似線性的衰減規(guī)律，與土體、橋面等部位相比振動速度衰減更快。試驗區(qū)域內高架橋的橋墩衰減系數(shù)K=-0.007 5～-0.003 9，橋墩材料系數(shù)b=0.45～0.65。

(2)高架周圍土體振動速度主要受振源距的控制，呈現(xiàn)隨振源距增加指數(shù)衰減的變化規(guī)律。試驗區(qū)域內高架橋周圍土體振動速度衰減系數(shù)β=-0.077～-0.052，場地系數(shù)K=0.118～0.189。

(3)利用無線測振設備對高架橋地鐵振動響應規(guī)律進行監(jiān)測的方法與手段可行，能夠為同類工程提供借鑒與指導。