韓學(xué)川，陶連金，張宇，史明

（城市與工程安全減災(zāi)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京工業(yè)大學(xué)），北京 100124）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市土地資源嚴(yán)重緊缺，綜合利用土地和提高土地的利用效率，日益成為地鐵建設(shè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題.地鐵上蓋結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了地鐵車(chē)站與周邊用地一體化規(guī)劃及場(chǎng)站用地綜合利用，提高了地鐵車(chē)站的綜合開(kāi)發(fā)利用水平，使城市資源得到了合理利用[1].目前，我國(guó)鼓勵(lì)軌道交通主體發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)將地下軌道交通結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)的新型模式，優(yōu)化城市軌道交通場(chǎng)站單一的建設(shè)模式，增加車(chē)站與附屬地面結(jié)構(gòu)的配套功能，推動(dòng)土地復(fù)合利用，提高土地利用效益.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，北京、杭州、廣州等一線城市已開(kāi)發(fā)軌道交通綜合項(xiàng)目16 個(gè)，在建項(xiàng)目10 個(gè)，已批準(zhǔn)建設(shè)項(xiàng)目50 個(gè)，在實(shí)踐探索和政策創(chuàng)新中積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn).鑒于地鐵上蓋結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了地下地鐵車(chē)站與周邊用地一體化規(guī)劃及場(chǎng)站用地的綜合利用，提高了軌道交通樞紐的綜合開(kāi)發(fā)利用水平，使城市資源得到了合理利用，地鐵上蓋結(jié)構(gòu)可能會(huì)成為未來(lái)軌道交通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要趨勢(shì)之一.

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)地鐵地下結(jié)構(gòu)開(kāi)展了多個(gè)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)[2]，并取得了很多有價(jià)值的研究成果，但鑒于當(dāng)時(shí)地鐵地下結(jié)構(gòu)的發(fā)展水平和結(jié)構(gòu)形式，其研究?jī)?nèi)容多集中于單體、密貼和交叉等地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)或區(qū)間隧道的抗震性能.由于地上-地下結(jié)構(gòu)體系是一個(gè)非常復(fù)雜的相互作用體系，研究?jī)?nèi)容相對(duì)較少且多限于數(shù)值模擬方面，如張?zhí)煊畹萚3]基于ABAQUS 軟件研究了地鐵車(chē)站及其上蓋結(jié)構(gòu)體系的地震反應(yīng)特征，探討了豎向地震動(dòng)效應(yīng)和轉(zhuǎn)換梁剛度的影響.李延濤等[4]以地表建筑結(jié)構(gòu)和地下上下平行隧道體系為背景，進(jìn)行了軟土場(chǎng)地中隧道-土-相鄰上部結(jié)構(gòu)體系振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn).劉聰?shù)萚5]通過(guò)交叉隧道振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)對(duì)立體交叉隧道結(jié)構(gòu)地震動(dòng)力響應(yīng)特性及相互影響規(guī)律等問(wèn)題進(jìn)行了研究.王淮峰等[6]利用ANSYS 有限元程序建立了一系列典型高層框架結(jié)構(gòu)及地下車(chē)站的二維平面應(yīng)變模型，研究了地上結(jié)構(gòu)對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震動(dòng)力響應(yīng)的影響參數(shù).Pitilakis 等[7]針對(duì)地下圓形隧道地震響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行了研究，分別考慮了單個(gè)和多個(gè)相鄰地表結(jié)構(gòu)的影響.郭靖[8]分別從場(chǎng)地類(lèi)型和埋深等方面，研究了地表建筑對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響范圍.Robb 等[9]以動(dòng)強(qiáng)度為主要相似參數(shù)進(jìn)行了模型土的設(shè)計(jì)，研究了地震作用下地鐵-結(jié)構(gòu)相互作用，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度范圍.Choi[10]、Huo[11]、郭靖[12]等通過(guò)地下結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的對(duì)比總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)規(guī)律.

由于地鐵上蓋一體化結(jié)構(gòu)也是近幾年才大量出現(xiàn)且常見(jiàn)于地鐵車(chē)輛段，地鐵車(chē)站運(yùn)營(yíng)段上蓋案例相對(duì)較少，已有的如北京地鐵10 號(hào)線草橋站、北京地鐵17 號(hào)線未來(lái)科技城北區(qū)公交換乘中心、通州6號(hào)線新華大街站和天津地鐵6 號(hào)線北運(yùn)河站等，地鐵上蓋結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)特性及破壞機(jī)理尚不明確，同時(shí)，建筑行業(yè)對(duì)城市軌道交通結(jié)構(gòu)、地上建筑混凝土結(jié)構(gòu)等均有相關(guān)規(guī)程，但缺少針對(duì)地鐵上蓋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)指導(dǎo)規(guī)范，這與我國(guó)地鐵上蓋一體化結(jié)構(gòu)建設(shè)規(guī)模及前景是不相匹配的.為了深入研究地鐵上蓋結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)特性和破壞機(jī)理，本文以天津地鐵6 號(hào)線北運(yùn)河站為工程背景，開(kāi)展了地鐵上蓋一體化結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)（YT 工況）和不考慮上蓋結(jié)構(gòu)的單體地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)（DT 工況），分別從加速度和應(yīng)變兩方面對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行研究，并將兩種試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比.

1 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

為研究單體地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)和上蓋一體化地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律，分別設(shè)計(jì)了土-單體地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和土-上蓋一體化地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn).本節(jié)給出了土-上蓋一體化地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，土-單體地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)與其相同，限于篇幅，不再贅述.

1.1 振動(dòng)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)與模型箱

隨著振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)技術(shù)的提高，振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)成為研究地下結(jié)構(gòu)抗震性能和破壞規(guī)律的主要手段.本試驗(yàn)依托北京工業(yè)大學(xué)城市與工程安全減災(zāi)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室模擬地震振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)開(kāi)展.振動(dòng)臺(tái)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 振動(dòng)臺(tái)技術(shù)參數(shù)Tab.1 The parameters of shaking table

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)采用的模型箱是由課題組自主研發(fā)設(shè)計(jì)并經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)后的模擬阻尼邊界層狀剪切模型箱，如圖1 所示.層狀剪切模型箱長(zhǎng)×寬×高=2.5 m×1.4 m×1.38 m，采用矩形鋼管框架豎向疊加連接，鋼管架之間采用4 組直線輥針排，使模型箱更易于發(fā)生自由剪切變形運(yùn)動(dòng)，通過(guò)鋪設(shè)特制橡膠墊有效模擬黏彈性邊界吸收地震波，模型箱的有效性驗(yàn)證試驗(yàn)詳見(jiàn)文獻(xiàn)[13-14].

圖1 振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)與層狀剪切模型箱Fig.1 Shaking table system and layered shearing model box

1.2 振動(dòng)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)與模型箱

基于Buckingham π 定理開(kāi)展相似關(guān)系設(shè)計(jì)[15]，從動(dòng)力量綱分析入手，選擇長(zhǎng)度、彈性模量、加速度為模型結(jié)構(gòu)的基本物理量，選擇密度、加速度、剪切波速為模型地基的基本物理量，依次推導(dǎo)出其他物理量滿足的相似關(guān)系，見(jiàn)表2.

表2 上蓋地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)-模型地基體系相似關(guān)系Tab.2 Similarity relationship of model

1.3 模型結(jié)構(gòu)制作

根據(jù)原型地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)試驗(yàn)相似比的要求，對(duì)原型結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，最終確定結(jié)構(gòu)模型采用抗壓強(qiáng)度為7.1 MPa、彈性模量為6.9 GPa、泊松比為0.16 的微?；炷林谱?根據(jù)強(qiáng)度相似比，試件的配筋率應(yīng)保持不變.鍍鋅鋼絲具有良好的彈性和韌性，用來(lái)模擬鋼筋是合適的，模型構(gòu)件中主要采用直徑為Φ0.7 mm～Φ1.2 mm 的鍍鋅鋼絲，模型結(jié)構(gòu)尺寸及斷面形狀，如圖2 所示.

圖2 模型結(jié)構(gòu)尺寸及斷面形狀（單位：mm）Fig.2 The size and cross section of structure model（unit：mm）

由于地鐵上蓋一體化結(jié)構(gòu)模型尺寸較小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一次性澆筑完成，因此，模型結(jié)構(gòu)采用分段澆筑完成.地鐵上蓋一體化結(jié)構(gòu)模型的澆筑順序按照地鐵車(chē)站底板、車(chē)站側(cè)墻、車(chē)站中板、車(chē)站頂板和中柱、地下室側(cè)墻、地下室中板、地下室頂板和中柱以及上蓋框架結(jié)構(gòu)依次分層澆筑，模型制作流程如圖3 所示.

圖3 模型制作及試驗(yàn)Fig.3 Modeling and testing process

1.4 模型土制作

模型地基采用均一土制備，取自北京軌道交通新機(jī)場(chǎng)線草橋站施工的基坑中，采用分層壓實(shí)法制備模型土，通過(guò)吊裝漏斗將曬干、篩選后的粉細(xì)砂均勻地鋪灑在模型箱內(nèi)，主要控制模型土的密實(shí)度，并對(duì)模型土取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn).模型土材料參數(shù)見(jiàn)表3.

表3 模型土參數(shù)Tab.3 Parameters of soil

1.5 傳感器布置

上蓋地鐵車(chē)站振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括上蓋地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)模型和地基土的加速度響應(yīng)規(guī)律、土-上蓋地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用、上蓋地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的應(yīng)變響應(yīng)規(guī)律以及模型地基土的側(cè)向變形規(guī)律等.試驗(yàn)中采用的傳感器有加速度傳感器A、光纖應(yīng)變片S、土壓力計(jì)P、激光位移計(jì)J.鑒于結(jié)構(gòu)模型尺寸較小，傳感器布置數(shù)量較多，為了能夠滿足試驗(yàn)需要分別選取主觀測(cè)面、輔助觀測(cè)面和次觀測(cè)面.振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中模型地基和結(jié)構(gòu)中傳感器布置，如圖4、圖5 所示.

圖4 上蓋地鐵車(chē)站工況模型地基傳感器布置圖Fig.4 The layout of soil sensors in upper subway station model

圖5 上蓋地鐵車(chē)站傳感器布置Fig.5 The layout of sensors in upper subway station model

1.6 地震波選擇及加載工況

考慮近遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)對(duì)上蓋地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的影響，選取八角什邡波、名山波和鳳翔波3 種具有不同震中距的地震波進(jìn)行研究.其中八角什邡波屬于近場(chǎng)地震動(dòng)，名山波屬于中場(chǎng)地震動(dòng)，鳳翔波屬于遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng).3 條地震波加速度時(shí)程曲線及其相應(yīng)的傅里葉譜如圖6 所示.

圖6 輸入地震波時(shí)程曲線及傅氏譜Fig.6 Time history curve and Fourier spectrum of input seismic wave

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)時(shí)，截取地震波較為強(qiáng)烈的前80 s作為輸入地震波，每次峰值加速度改變時(shí)均進(jìn)行一次白噪聲掃描，以確定模型體系的自振特性的變化.采取階梯逐級(jí)加載的方式加載，將輸入地震波峰值加速度分別調(diào)整為0.1g、0.3g、0.5g、0.7g 和1.0g，地震波激振前后輸入0.1g 的白噪聲，量測(cè)模型自振頻率等動(dòng)力特性的變化.根據(jù)1.2 節(jié)相似比設(shè)計(jì)，除白噪聲外，輸入地震波持續(xù)時(shí)間按1/2 進(jìn)行壓縮.振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)地震波加載工況見(jiàn)表4.

表4 上蓋地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)地震波加載工況Tab.4 The case of shaking table test

2 上蓋一體化地鐵車(chē)站振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果分析

限于篇幅，本節(jié)分別從加速度和應(yīng)變兩方面對(duì)上蓋一體化地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行研究，并將試驗(yàn)結(jié)果與單體車(chē)站結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析.

2.1 模型土體加速度反應(yīng)分析

上蓋一體化地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中，通過(guò)監(jiān)測(cè)不同深度處的加速度變化規(guī)律，分析加速度在模型土中的傳播規(guī)律.在上蓋一體化地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)一側(cè)模型土體內(nèi)部沿埋深自上而下布置加速度傳感器JA7、JA8、JA9、JA10 和JA11，在模型土箱底部布置加速度傳感器JA16，將其監(jiān)測(cè)結(jié)果作為振動(dòng)臺(tái)實(shí)際輸入加速度結(jié)果.為了比較不同地震工況下，上蓋一體化地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)工況中模型土體的加速度變化情況，圖7 給出了模型土體內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值及加速度放大系數(shù)變化曲線.定義各監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度峰值與振動(dòng)臺(tái)面監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA16 加速度峰值的比值為該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度放大系數(shù).其中，鳳翔波存在脈沖加速度，導(dǎo)致振動(dòng)臺(tái)會(huì)出現(xiàn)較大的瞬時(shí)位移，限于振動(dòng)臺(tái)最大位移，鳳翔波最大加速度僅能加到0.3g.

圖7 模型土各監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度峰值及放大系數(shù)Fig.7 Peaking acceleration and acceleration amplification factor of points of model soil

可以看出，模型土體相同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值隨輸入地震強(qiáng)度的增加逐漸增大，而加速度放大系數(shù)則逐漸減小.不同地震工況下，受地震波自身特性的影響，模型土監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值和放大系數(shù)沿埋深的減小表現(xiàn)出的規(guī)律有所差異，其中，當(dāng)輸入地震強(qiáng)度較?。?.1g、0.3g）時(shí)，模型土體內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值及加速度放大系數(shù)沿埋深的減小逐漸增大，加速度放大系數(shù)基本都大于1；當(dāng)輸入地震強(qiáng)度較大（0.3g 以上）時(shí)，名山波作用下模型土體內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值及放大系數(shù)呈先減小后增大的趨勢(shì)，而什邡波則呈“S”型變化趨勢(shì)，即表現(xiàn)為先增大再減小然后增大的趨勢(shì)，加速度放大系數(shù)小于1 的監(jiān)測(cè)點(diǎn)逐漸增多.這表明，當(dāng)輸入地震強(qiáng)度較小時(shí)，模型土體處于彈性工作狀態(tài)，地震波由底部向上傳播過(guò)程中具有顯著的放大作用；而隨著輸入地震強(qiáng)度的逐級(jí)增加，模型土體由彈性工作狀態(tài)進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)，模型土體更加密實(shí)，土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用明顯，模型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，導(dǎo)致剛度弱化，而靠近模型結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)A8 和A9 的非線性現(xiàn)象愈加凸出.

圖8 給出了0.7g 八角什邡波作用下，監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA7～JA11 以及JA16 的加速度時(shí)程曲線和傅里葉譜圖.YT-SF-7-JAX 表示輸入0.7g 的八角什邡波時(shí)上蓋一體化地鐵車(chē)站振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)X 的加速度.

圖8 輸入0.7g 什邡波工況下測(cè)點(diǎn)加速度時(shí)程及傅里葉頻譜圖Fig.8 Acceleration time histories and Fourier spectrums of measured points under 0.7g Shifang wave input

由圖8 可見(jiàn)，加速度方面：0.7g 什邡波工況下模型土監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA7、JA8、JA9、JA10 和JA11 加速度峰值出現(xiàn)時(shí)刻分別為10.41 s、10.82 s、10.82 s、10.81 s 和10.80 s，加速度峰值分別為0.91g、0.72g、0.59g、0.62g和0.60g.頻譜方面：模型土監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA7、JA8、JA9、JA10 和JA11 的主頻率分別為7.43 Hz、7.41 Hz、7.47 Hz、7.41 Hz 和7.38 Hz，模型土監(jiān)測(cè)點(diǎn)的主頻率呈向7～12 Hz 范圍轉(zhuǎn)移的趨勢(shì).模型土體監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA7、JA8、JA9、JA10、JA11 和JA16 的傅里葉頻譜圖明顯不同，說(shuō)明地震波由模型土體底部輸入到達(dá)頂部的傳播過(guò)程中，輸入地震波的頻率特性發(fā)生了顯著改變.模型土體底部監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA10、JA11 的頻譜組成與JA16 基本相同，頻譜分布相對(duì)均勻，而上部監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA7、JA8、JA9 的頻譜組成則表現(xiàn)為高頻向低頻轉(zhuǎn)移，高頻成分逐漸濾波的趨勢(shì).同時(shí)，隨著輸入地震強(qiáng)度的逐級(jí)增加，模型土體的自振頻率逐漸減小，與模型土體自身頻率接近的頻率段放大效應(yīng)顯著.

圖9 給出了2 種試驗(yàn)工況下模型土體監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA1、JA2、JA3 的加速度時(shí)程曲線和傅里葉譜圖，DTSF-3-JAX 表示輸入0.3g 的八角什邡波時(shí)單體地鐵車(chē)站振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中測(cè)點(diǎn)X 的加速度時(shí)程.其中，JA1位于模型結(jié)構(gòu)正上方接近地表位置，JA2 和JA3 分別位于模型結(jié)構(gòu)正下方，與監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA1 處于同一豎向位置，通過(guò)對(duì)比DT 工況和YT 工況下監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA1、JA2、JA3 的加速度時(shí)程曲線和傅里葉譜分布規(guī)律，可以更好地說(shuō)明不同試驗(yàn)工況下模型結(jié)構(gòu)對(duì)地震波傳播過(guò)程影響的差異.

從圖9 中可看出，不同地震強(qiáng)度時(shí)，DT 工況與YT 工況車(chē)站結(jié)構(gòu)相同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度時(shí)程曲線和傅氏譜曲線基本相同，加速度峰值均出現(xiàn)在同一時(shí)刻；相同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的卓越頻率基本一致，主頻范圍均表現(xiàn)為高頻向低頻轉(zhuǎn)移的趨勢(shì).DT 工況與YT 工況監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度峰值均表現(xiàn)為隨輸入地震強(qiáng)度的增加逐漸增大，YT 工況加速度峰值小于DT 工況.監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA1、JA2、JA3 在DT 工況下的加速度峰值和放大系數(shù) 分別為0.33g、0.20g、0.21g 和1.67、1.01、1.04；在YT 工況下的加速度峰值和放大系數(shù)分別為0.31g、0.17g、0.19g 和1.38、0.76、0.87.可看出，YT 工況小于DT 工況，隨埋深的增加，加速度放大效應(yīng)差異逐漸增大，這是因?yàn)? 種工況下模型土主頻率雖然相同但DT 工況下地震波位于主頻范圍內(nèi)的能量分布相對(duì)集中，導(dǎo)致加速度放大效應(yīng)更加明顯，這一點(diǎn)可從JA1 加速度頻譜圖中看出.

圖9 模型土體各測(cè)點(diǎn)加速度峰值及傅里葉譜幅值Fig.9 Peak acceleration and Fourier spectrum of model soil

2.2 模型結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)分析

圖10 給出了不同地震工況不同地震強(qiáng)度作用下，模型地鐵車(chē)站中柱各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值及加速度放大系數(shù)變化曲線.定義監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度峰值與振動(dòng)臺(tái)面監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA16 加速度的比值為該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度放大系數(shù).

圖10 結(jié)構(gòu)中柱各測(cè)點(diǎn)加速度峰值及放大系數(shù)Fig.10 Peaking acceleration and acceleration amplification factor of middle column

可以看出，模型車(chē)站中柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值隨輸入地震強(qiáng)度的增加逐漸增大，中柱頂部監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA20 的加速度峰值最大，底部測(cè)點(diǎn)JA22 的加速度峰值最小.各地震波工況下中柱的加速度放大系數(shù)則表現(xiàn)為隨輸入地震強(qiáng)度的增加呈逐漸減小的趨勢(shì)，這主要是因?yàn)榈卣饛?qiáng)度逐漸增大時(shí)，模型結(jié)構(gòu)由彈性工作階段逐漸進(jìn)入彈塑性階段，中柱的損傷更加嚴(yán)重，伴隨著剛度退化的現(xiàn)象.當(dāng)輸入地震波強(qiáng)度較小時(shí)，中柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度峰值和加速度放大系數(shù)相差較大，反之較小.

圖11 給出了不同強(qiáng)度名山波工況下2 種車(chē)站結(jié)構(gòu)中柱頂部監(jiān)測(cè)點(diǎn)JA20 的加速度時(shí)程曲線和傅里葉譜圖，參數(shù)對(duì)比見(jiàn)圖12.可以看出，不同地震強(qiáng)度時(shí)，DT 工況與YT 工況車(chē)站結(jié)構(gòu)相同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度時(shí)程曲線形式基本相同，加速度峰值均出現(xiàn)在同一時(shí)刻.地震波加速度峰值相比，DT 工況與YT 工況均表現(xiàn)為隨輸入地震強(qiáng)度的增加逐漸增大，YT 工況加速度峰值小于DT 工況，其中，0.3g、0.5g、0.7g 地震強(qiáng)度下的加速度峰值幅值變化率分別為5.12%、2.32%、2.11%，說(shuō)明隨著地震強(qiáng)度的增加，2 種工況加速度峰值的差異呈逐漸減小的趨勢(shì)；頻率相比，DT工況與YT 工況的卓越頻率基本相同，表現(xiàn)為隨輸入地震強(qiáng)度的增加逐漸減小，主頻范圍呈高頻向低頻轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)；傅氏譜幅值相比，DT 工況與YT 工況的傅氏譜幅值均表現(xiàn)為隨輸入地震強(qiáng)度的增加逐漸增大，YT 工況卓越頻率對(duì)應(yīng)的幅值小于DT 工況，說(shuō)明DT 工況下卓越頻率附近的地震能量相對(duì)集中.

圖11 結(jié)構(gòu)中柱各測(cè)點(diǎn)加速度時(shí)程曲線及傅里葉譜值Fig.11 Time histories and Fourier spectra of middle column

圖12 不同試驗(yàn)工況參數(shù)對(duì)比圖Fig.12 Comparison of parameters of different test conditions

2.3 模型結(jié)構(gòu)應(yīng)變反應(yīng)分析

考慮到量測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集通道數(shù)量有限和最大限度地滿足試驗(yàn)需要，近似認(rèn)為模型結(jié)構(gòu)呈左右對(duì)稱(chēng)的地震響應(yīng)規(guī)律，選取地鐵車(chē)站左半?yún)^(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，開(kāi)展結(jié)構(gòu)應(yīng)變反應(yīng)規(guī)律研究.以往研究成果表明，混凝土結(jié)構(gòu)主要發(fā)生受拉損傷，受壓損傷程度較小，因此，本節(jié)主要針對(duì)模型結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)變地震反應(yīng)進(jìn)行分析.圖13 給出了不同地震動(dòng)作用下模型結(jié)構(gòu)主觀測(cè)面的拉應(yīng)變幅值分布圖.

圖13 不同地震動(dòng)作用下主觀測(cè)面拉應(yīng)變幅值（單位：με）Fig.13 Stretching strain amplitude of subway structure under different ground motions（unit：με）

可以看出，模型結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變峰值表現(xiàn)為八角什邡波（近場(chǎng)波）＞名山波（中場(chǎng)波）＞鳳翔波（遠(yuǎn)場(chǎng)波）.其中，相同地震波作用下，隨著地震強(qiáng)度的增加，模型結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)變幅值呈逐漸增大的趨勢(shì)，模型中柱端部的拉應(yīng)變幅值最大，側(cè)墻次之，樓板最小，這是因?yàn)橹兄鶛M截面積較小且沒(méi)有周?chē)馏w提供抗力，導(dǎo)致承載力相對(duì)不足，水平地震作用下更容易發(fā)生破壞，說(shuō)明中柱仍然是上蓋一體化地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的薄弱部位.側(cè)墻和中柱頂?shù)撞勘O(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變幅值明顯大于中部位置，這是因?yàn)榈卣鹱饔孟履Ｐ徒Y(jié)構(gòu)和土體同步運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切變形，中部位置鄰近反彎點(diǎn)且隨地震強(qiáng)度的增加反彎點(diǎn)逐漸向上偏移.

DT 試驗(yàn)工況和YT 試驗(yàn)工況中，不同地震強(qiáng)度下地鐵車(chē)站側(cè)墻和中柱各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的拉應(yīng)變幅值，見(jiàn)表5.與DT 試驗(yàn)工況相比，YT 試驗(yàn)工況下模型結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變相對(duì)較小，什邡波作用下的應(yīng)變幅值差異大于名山波，應(yīng)變幅值均表現(xiàn)為隨著輸入地震強(qiáng)度的增加逐漸增大.YT 工況與DT 工況相比，輸入0.1g 地震波時(shí)，應(yīng)變率為1.5%～3.7%；輸入0.3g 地震波時(shí)，應(yīng)變率為4.1%～6.0%；輸入0.5g 地震波時(shí)，應(yīng)變率為6.1%～7.7%，說(shuō)明隨著地震強(qiáng)度的增加，應(yīng)變變化率逐漸增大，但變化率增幅逐漸減小.

表5 不同工況下結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變幅值Tab.5 Strain amplitude of points in different conditions

圖14 和圖15 分別給出了名山波作用下，YT 工況和DT 工況中柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)S5 的應(yīng)變時(shí)程曲線.表6給出了2 種試驗(yàn)工況車(chē)站中柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)S5 的殘余應(yīng)變幅值.可以看出：不同地震強(qiáng)度作用下，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變時(shí)程曲線與輸入地震波波形有所差異.當(dāng)輸入地震強(qiáng)度較?。?.1g 和0.3g）時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)具有很小的殘余變形，輸出應(yīng)變時(shí)程曲線與輸入地震波時(shí)程曲線變化規(guī)律相似；當(dāng)輸入地震強(qiáng)度較大（0.5g 和0.7g）時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)具有明顯的殘余變形，殘余應(yīng)變幅值隨著地震強(qiáng)度的增加逐漸增大，輸出的應(yīng)變時(shí)程曲線與輸入地震波時(shí)程曲線變化規(guī)律出現(xiàn)明顯差異.由表6 可看出：與DT 工況相比，YT 工況地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)變幅值相對(duì)較小，殘余應(yīng)變變化率隨著地震強(qiáng)度的增加逐漸增大，說(shuō)明地震強(qiáng)度越大，2 種地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)變差異越大.

圖14 YT 工況下中柱頂?shù)撞繎?yīng)變時(shí)程曲線Fig.14 Strain time histories curve of top and bottom of structure column under YT condition

圖15 DT 工況下中柱頂?shù)撞繎?yīng)變時(shí)程曲線Fig.15 Strain time histories curve of top and bottom of structure column under DT condition

表6 結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)S5 殘余應(yīng)變幅值Tab.6 Residual strain amplitude of structural measuring point S5

3 結(jié)論

本文以上蓋一體化地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，開(kāi)展了粉細(xì)砂場(chǎng)地上蓋地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)和單體地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)規(guī)律分析，分別從加速度和應(yīng)變兩方面對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行研究，并將兩2 種試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，基于本文分析可得出如下結(jié)論：

1）相同地震波作用下，上蓋地鐵車(chē)站模型土和車(chē)站結(jié)構(gòu)的加速度峰值及加速度放大系數(shù)小于單體地鐵車(chē)站，近場(chǎng)地震動(dòng)下加速度放大系數(shù)差異較大，遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)下加速度放大系數(shù)差異較小，埋深越深差異越明顯，但加速度峰值及加速度放大系數(shù)變化規(guī)律基本一致，說(shuō)明結(jié)構(gòu)形式的不同對(duì)場(chǎng)地加速度的變化規(guī)律影響較小.

2）上蓋一體化地鐵車(chē)站相同監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度峰值大致表現(xiàn)為八角什邡波（近場(chǎng)）＞名山波（中場(chǎng)）＞鳳翔波（遠(yuǎn)場(chǎng)），不同地震波之間加速度峰值差異較大，但加速度峰值差異隨地震強(qiáng)度增加逐漸減小.

3）上蓋一體化地鐵車(chē)站各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變峰值表現(xiàn)為八角什邡波（近場(chǎng)）＞名山波（中場(chǎng)）＞鳳翔波（遠(yuǎn)場(chǎng)），應(yīng)變峰值變化規(guī)律與DT 工況大致相同，均表現(xiàn)為隨著輸入地震強(qiáng)度的增加逐漸增大.與DT 試驗(yàn)工況相比，YT 試驗(yàn)工況下模型結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變峰值相對(duì)較小，近場(chǎng)地震動(dòng)作用下的應(yīng)變峰值變化率大于遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)，隨著地震強(qiáng)度的增加，應(yīng)變峰值變化率逐漸增大，而變化率增幅呈逐漸減小的趨勢(shì).