文物展柜地震响应被动控制方法研究

发布时间：2020-05-28 19:35

【摘要】：摘要：展柜的减震、隔震研究是馆藏文物防震研究的关键环节,目前国内展柜减震、隔震方面相关的专利、产品较少,有必要开展相应的研究工作。本文以具体工程为背景,采用调谐质量减震(TMD)、消能减震和隔震三种被动控制方法进行动力时程分析,得到展柜展台面的减震效果,为馆藏文物防震研究和展柜减隔震设计与应用提供基本理论依据。主要进行了如下几个方面的研究： (1)根据粘滞阻尼消能减震原理,采用等效线性理论,对展柜结构进行消能减震设计研究；选用1-30Hz简谐波激励进行参数分析,得到最优阻尼系数；并在地震波和楼层振动加速度时程(楼层波)作用下进行验证,得到相应的展柜展台面的减震效果。通过粘滞阻尼减震设计研究,得到阻尼系数为50000Nxs/m时不同频率简谐波作用下减震率在40%左右,地震波和楼层波作用下平均减震率分别为41.15%和21.82%,粘滞阻尼能有效耗散地震能量,减小展柜展台面的加速度和位移响应,从而有效地减小传递至文物的地震作用。 (2)根据调谐质量阻尼器(TMD)减震原理和展柜结构形式,采用单个TMD对展柜展台面进行减震控制。依据Den Hartog优化方法计算相关参数,选用1-30Hz简谐波激励分析合理的质量比、刚度和阻尼比；选用地震波和楼层波进行TMD减震控制应用的关键参数验证,得到地震波和楼层波作用下的减震效果。通过TMD减震结构设计研究,选取质量比为0.03,阻尼比为0.12时,共振频率激励下TMD减震效果显著,减震率在70%左右,远离共振频率时减震效果较差,地震波和楼层波作用下平均减震率分别为25.14%和3.04%,减震效果不明显。 (3)根据隔震原理,调整展柜隔震支座水平刚度和阻尼比,在1-30Hz简谐波作用下,通过参数分析选取隔震系统的自振周期和阻尼比。选用地震波和楼层波进行隔震结构的验证,得到地震波和楼层波作用下的减震效果。通过展柜隔震设计研究,调整隔震系统自振周期为2.5s,阻尼比为0.03,得到外激励与隔震体系的频率比越大,减震效果越好；地震波和楼层波作用下平均减震率分别为50.51%和15.20%。通过延长隔震系统的自振周期,避开外激励的卓越频率,可以减小展台面地震响应,保护文物免遭震害。
【图文】：

可移动,景象,震中

3169件馆藏可移动文物受损，其中晚南市武都博物馆馆舍结构和馆藏文物受损尤为严重，造成的损失不可估量[1-2]，如图1-1所示。发生在国外的类似案例同样很多，如1999年9月发生在希腊雅典地区的5.9级地震导致希腊国家博物馆部分文物受损2004年10月日本新渴县的6.8级地震造成大量馆藏文物破坏，且很难得到修复[4]。(a)什邡博物馆陈列文物（b)天水伏羲庙博物馆陈列文物图1-1泣川地震中馆藏可移动文物破坏景象⑴Fig. 1-1 Damage of museum collection of movable cultural relics in the Wenchuan earthquake ⑴遭受震害的文物一旦损毁往往无法挽回，，认识到馆藏文物保护的重要性是做好防震研宄工作的前提。博物馆馆舍结构防震设计和馆藏文物及其展陈的防震设计，需在博物馆建设过程中引起足够的重视。传统的结构防震方法是通过增强结构本身的抗震性能即强度、刚度、延性来抵御地震作用，依靠结构自身储存和消耗地震能量，是一种被动消极的抗震对策。合理有效的抗震途径是对结构附加抗震装置，由抗震装置和结构共同承担地震作用，即共同储存和耗散能量，以调节1

博物馆,艺术博物馆,新馆,楼层

我国采用减震和隔震技术的博物馆建筑主要有山西博物馆(图l-2a)、汕头博物馆新馆(图l-2b,图片来源于网络)和成都博物馆新馆(图1-2C)等，山西博物馆在主馆2~4层安装了 92个液体粘滞阻尼器以提高了主体建筑结构的抗震能力；汕头博物馆新馆[12]工程，懫用了 137块夹层橡胶垫，为防止潮水侵烛，橡胶垫不是置于基础下，而是设置于第2层梁底；成都博物馆新馆[13】在基底采用300多个2
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU352.1

【参考文献】