基于振动台试验的鱼线固定梅瓶文物响应规律性研究

为了探索鱼线固定梅瓶文物在实际博物馆的地震响应以及抗震效果,首先选取了典型梅瓶文物,并在三层钢筋混凝土框架结构中开展了24种地震工况的振动台试验,然后建立了上述试验所用梅瓶文物的有限元模型,验证了有限元模型的准确性,最后采用增量动力分析法分析了该文物在两种常见直径鱼线保护措施下的运动响应。结果表明:鱼线固定梅瓶文物在地震作用下会产生滑移、摇摆、倾覆以及鱼线断裂等现象;不同楼层下的文物响应差别较大,尤其在大震作用下,高楼层的鱼线固定梅瓶文物易发生倾覆和鱼线断裂破坏,要重视高楼层文物的震前保护措施;在较强的地震作用下,仅依靠增大鱼线直径有时对控制文物的倾覆情况起不到关键性决定作用,需要进一步采取其它措施对文物进行保护。

支架固定馆藏人物俑文物振动台试验研究

为研究博物馆最常用的支架固定措施固定馆藏人物俑文物的抗震有效性,开展了两类典型体型易损、材质易损人物俑文物复制品‐支架固定措施抗震系统足尺振动台试验研究。获得了人物俑在不同工况下的地震响应及人物俑与支架间的相互作用,探讨人物俑关键体型参数、金属支架卡固位置、支架尺寸、固定措施与人物俑间安装缝隙对该类文物运动状态的影响,评估了支架固定措施的抗震有效性并提出了合理建议,为兼顾安全性及最小干预原则的支架固定人物俑文物的优化设计提供必要依据。研究结果表明:浮放人物俑均发生倾覆,具有极大震损风险;采用支架固定后可有效降低人物俑的摇摆响应,随着人物俑复制品的质心高度与底座宽度比值增加以及其质量增大,较小尺寸支架发生明显塑性变形甚至根部断裂,导致人物俑倾覆并损坏;随着支架尺寸的增加,其对文物固定效果的提高作用有限,基于文物保护最小干预原则,综合考虑文物的抗震安全及艺术展示效果,优化支架尺寸;支架固定人物俑肩部时,人物俑摇摆响应得到一定控制,但随着支架固定位置的提高,人物俑滑移响应愈加明显;当支架与人物俑相互作用时,人物俑表面出现明显损伤,在两者缝隙填充硅胶垫,人物俑的摇摆响应和滑移响应分别降低近40%和50%,支架根部应变下降近40%,人物俑与支架接触处应变下降近60%,有效提高了支架固定措施的抗震有效性。

支架固定馆藏人物俑文物的抗震优化设计研究

为优化支架固定馆藏人物俑文物的抗震效果,选取不同尺寸和体态的典型地震易损人物俑文物复制品(武士俑和唐三彩人物俑),开展文物复制品-优化组合措施(支架和卡固件)抗震系统振动台试验,获得影响文物复制品运动状态的关键优化参数、文物复制品与支架相互作用规律,并检验组合措施对较大体积人物俑文物的抗震固定效果。建立文物复制品-组合措施相互作用系统数值分析模型,通过参数分析,获得支架与文物间安装缝隙、在安装缝隙内填充不同种类隔震垫对文物动力响应的影响、文物复制品与固定措施相互作用规律及采用独立支架/组合措施有效固定人物俑的最小支架尺寸,为兼顾安全性及最小干预原则的固定措施优化设计提供必要依据。结果表明:相比独立支架,组合措施能够有效降低人物俑文物动力响应,有效提高固定效果;为保证人物俑文物安全,建议支架与文物间安装缝隙不大于5 mm;在缝隙中填充橡胶垫及硅胶垫可使文物与支架间相互作用力降低50%~75%,有效防止文物局部损伤;当人物俑文物体型超过一定限值,独立支架不再适用,建议选择支架和随形卡固件组合措施。

馆舍-展柜-文物耦合体系振动台试验方案设计

为获取馆藏文物震害数据并开展文物防震保护研究,设计了一个3层单跨钢框架结构模型用于振动台试验。选择8度小震、中震和大震地震动,分别进行单向、双向和三向地震动试验,分析了不同地面材质对浮放展柜和隔震展柜以及展柜内浮放文物地震反应的影响。基于试验对象和试验目的,从振动台试验方案设计的角度探讨了结构模型设计、展柜布置、文物选择与布置、传感器选型与布设、地震波加载工况等因素对试验效果的影响。该试验方案设计为顺利完成馆舍-展柜-文物体系的振动台试验提供了保障,设计中的经验与教训可为以后开展类似的大型振动台试验提供借鉴。初步分析试验结果显示,浮放展柜在水平单向地震动激励下的运动状态不仅局限于水平运动,相同高宽比的不规则文物与规则木块之间的运动状态存在显著差异。

水平地震作用下卡固件固定馆藏文物抗震效果评估方法研究

震害研究表明,博物馆内展示、收藏的浮放文物在地震中易发生损坏,博物馆工作人员经常依靠自身经验采用卡固件固定文物来保护文物在地震中不受损坏,但却缺乏科学的方法来评估该抗震措施的有效性和对文物地震安全性水平的提升程度。为对卡固件固定措施的抗震效果进行合理评估,该研究针对文物震损破坏模式,基于二项逻辑回归模型提出了以文物摇摆角和接触应力为综合判别指标的文物地震易损性分析方法,最终提出了通过风险卷积计算得出文物地震风险,从而评估卡固件固定措施抗震效果的方法。通过开展有限元算例分析,进一步解释、论述了所提出的评估方法,并利用所提出的方法对华北某博物馆内展陈的一件珍贵文物所采用的卡固件固定措施的抗震效果进行了评估,提出了合理的改进意见。研究结果表明:所提出的以概率风险分析为基础的评估方法可以量化卡固件固定措施的抗震效果,为卡固件固定措施的选择提供科学依据;所开展算例分析的计算流程及评估结果可为其它馆藏文物提供有效的参考。

汽车所致虎门遗址振动全过程性能化研究

以虎门炮台旧址范围内文物影响评估为工程背景,在公路交通规划阶段对古建文物防振安全性进行全过程性能化分析、实测与防护措施研究。通过现场重载车辆行驶场地及古建筑文物振动实测,得有限元分析关键技术参数,对包括"车辆、道路、场地、文物"的有限元模型进行校准;采用校准后有限元模型对车辆轴重、行车速度、多车效应、隔振沟尺寸等参数分析研究,得文物的振动响应;用性能化指标评价文物振动安全性,采取合适振动防护措施。实测与分析表明,实测与分析结合全过程性能化分析法能用于交通规划文物保护研究,公路50 m辅以隔振沟可保证古建筑文物的振动安全性。

弦支穹顶预应力施工过程仿真分析

以北京奥运会羽毛球馆弦支穹顶屋盖为研究对象,通过对弦支穹顶结构的预应力施工进行全过程仿真计算,检验了施工过程中的结构安全性,分析了在预应力施工过程中结构形状变化特点、内力和节点位移变化规律,同时提出了预应力施工控制参数。

杭州国际会议中心主楼结构设计研究

杭州国际会议中心为直径85m球体建筑,造型新颖、奇特,球体建筑内为16层五星级酒店。结平面、剖面均为C型。在顶层连成封闭环形,沿C形设置,结构体系多项不规则。结构的静力设计、抗设计,尤其是抗震扭转效应控制等具有较大的挑战性。对结构材料体系(钢筋混凝土、钢)和结构体系行多方案比较分析后,选定利用完整建筑球壳的经纬线,构造出同时具备良好的承担垂直荷载和抗侧力结构体系。进行了静力、抗风、抗震及几何非线性的计算分析。实现了结构设计经济、安全的目标。

基于文物振动安全的地铁与文物空间关系研究

地铁规划阶段文物遗址保护对地铁线路走向和埋深有重要影响,因此需要提出预测地铁导致文物遗址振动的方法,并据此确定免受地铁振动影响的地铁与文物空间关系。为此,本研究以某历史名城拟建地铁为工程背景,建立有限元分析模型,通过对西安地铁二号线与成都地铁二号线现场振动实测,调整土体的力学参数,计算不同工况下地表及地下遗址振动响应,根据国家现行标准对文物遗址振动安全做出评价,为地铁线路走向和埋深设计提供依据。研究表明,地表振动随隧道埋深、距文物遗址的水平距离的增加而减小,随车速的增加而增大。当车速为80km/h、隧道顶埋深15m时,隧道正上方地表处振动可满足全国重点文物保护单位振动控制标准。研究成果可为基于文物振动安全的地铁与文物空间关系分布提供参考。

土体-博物馆-展柜-文物全系统中地震传递规律研究

为得到作用在文物上真实的地震动特性,建立土体-博物馆-展柜-文物全系统模型和刚性地基(博物馆-展柜-文物)全系统模型,选取3条地震波调幅进行时程分析,通过加速度、位移和文物转角等参数分析考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)的影响。以Ⅱ类场地为例,分析考虑土-结构相互作用下从土体到文物的震动传递规律,为判别文物在地震作用下的安全性提供更加准确的数据支持。结果表明:对结构而言,考虑SSI使算出的地震响应偏小。对展柜和文物而言,小震下考虑SSI使算出的地震响应偏小。但在中震和大震作用下,考虑SSI效应时展柜和文物的响应存在较多比刚性地基响应大的情况。基于保护文物的角度,在地震分析尤其是大震分析时应考虑SSI的影响。对Ⅱ类场地和4层钢筋混凝土框架结构,考虑SSI影响,在地震波从土体传递到文物这一过程中,大震下结构进入塑性,文物的动力放大系数最大值为5.70(含土体、结构、展柜的动力放大系数),最大滑移量129.69 mm,出现倾覆现象。各个传递环节频谱成分均有一定差别,结构、展柜及文物都会对地震波频谱产生影响,分析时应将每部分的影响都考虑进去。

卡固件固定馆藏文物的抗震效果及优化设计研究

为评估博物馆中最常用的卡固件措施对馆藏文物的抗震固定效果并对此措施进行优化设计,开展较大尺寸、不同体型的典型地震易损文物复制品(瓷器梅瓶)-固定措施抗震系统在不同工况下的振动台试验,获得影响文物复制品运动状态的关键体型参数,并探讨采用独立卡固件固定较大尺寸文物的抗震有效性。基于试验结果,建立文物-固定措施抗震系统数值预测方法,开展关键影响因素的参数分析,获得地震作用下能够有效固定不同体型文物所需的最小卡固件尺寸,为兼顾安全性及最小干预原则的固定措施优化设计提供必要依据。结果表明:相比圆柱卡固件,随形卡固件可以有效固定更大尺寸的文物;对于重心位置较高的不均匀分布体型文物,高度、轮廓宽度、底面直径(面积)会显著影响其动力响应与相互作用行为,轮廓宽度/底面直径以及高度/底面直径越大摇摆响应越明显;为保证文物安全,建议卡固件与文物间安装缝隙不大于2 mm;在缝隙中填充橡胶垫及硅胶垫可使文物与卡固件间相互作用力降低60%~70%,有效防止文物受到局部损害;当文物体型超过一定限值时,独立卡固法不再适用,建议采取卡固件+鱼线组合固定措施;采用圆柱卡固件固定后与纯浮放状态相比摇摆响应增加的文物,宜采用随形卡固件或组合固定措施。

索穹顶结构设计与施工关键技术研究

一、立项背景 随着经济的持续发展，人们对于大跨度、大空间的需求也会增加，对于空间结构的跨度、造型以及内部的建筑效果的要求会越来越高，而索穹顶结构重量轻．用钢指标优异，造型美观、新颖．不受跨度限制，可以满足人们各方面的追求．具有广阔的应用前景。以张拉织物作为覆盖材料的索穹顶是在19世纪50年代发展起来的一种适用于大跨度屋面的结构体系，

河南艺术中心艺术墙钢结构设计研究

河南艺术中心位于河南省郑州市郑东新区CBD中心区,总建筑面积8.5万m^2。由1 800座的大剧院、800座的音乐厅、300座的小剧院、艺术馆、美术馆、南北艺术墙、中心服务区组成。艺术墙是整个艺术中心建筑的精华部分,造型新颖独特。45m高悬臂玻璃墙,其结构体系的抗风安全性和整体稳定性是结构设计的控制因素,具有很大的技术挑战性。

2008年奥运会羽毛球馆预应力张弦穹顶结构整体稳定分析

2008年奥运会羽毛球馆屋盖结构跨度93m,矢高9.3m,矢跨比1/10,经过多轮多层次优化采用了张弦穹顶结构。对张弦穹顶和单层网壳分别进行了包括内力、节点位移、特征值屈曲和非线性屈曲的荷载位移平衡路径的跟踪分析,阐述了结构选型的依据。分别以网壳杆件内力和节点位移为目标函数编制了优化程序,研究了钢索合理预应力水平的确定方法,分析了初始几何缺陷对整体稳定的影响,提出了初始几何缺陷的合理施加方法。

2008奥运羽毛球馆张弦网壳结构整体稳定分析中初始缺陷的影响研究

工程结构的整体稳定性反映了结构的抗倒塌能力,是工程结构设计要考虑的关键问题,初始缺陷对不同类型结构的整体稳定性会产生不同的影响.目前在网壳结构设计中,初始缺陷是按照第一阶屈曲模态的L/300(L为结构跨度),对结构施加初始变形.本文以2008年奥运会羽毛球比赛馆的张弦网壳结构为工程背景,以两个不同形式的张弦网壳为算例,分析了初始缺陷对张弦网壳结构整体稳定性能的影响,对网壳结构设计中施加初始缺陷提出了新的看法,为实际工程的设计计算提供了借鉴和参考.

地铁所致成都博物馆振动振源减振研究

研究目的:成都博物馆紧邻地铁2号线,如果减振措施采取不当,地铁所致振动极有可能对博物馆正常使用产生影响。同时,为满足地铁通行条件下成都博物馆内文物振动安全的要求,结合实测数据,采用有限元软件MIDAS/GTS建立"浮置板-隧道-土体"三维有限元模型,选取隧道壁的竖向振动为控制参量,对浮置板、钢弹簧刚度和隧道壁厚度的减振效果进行量化分析和参数优化研究。研究结论:(1)浮置板具有阻碍高频、放大低频的减振特性,当其钢弹簧刚度为6 900 kN/m时,其综合减振效果达12.1 dB;(2)降低钢弹簧刚度可以有效降低隧道壁Z振级,弹簧刚度由9 000 kN/m降低到3 000 kN/m时,隧道壁Z振级降低了5.6 dB;(3)增加隧道壁厚度可以降低隧道壁Z振级,当隧道壁厚度由0.2 m增加到0.8 m时,隧道壁Z振级降低了2.7 dB,减振效果不明显;(4)该研究成果可为地铁所致振动的振源减震提供参考。

汽车致虎门遗址振动影响数值分析

以东莞虎门镇威远岛环岛路炮台及兵营遗址为研究对象，建立工程公路-山体-兵营整体三维数值分析模型。采用有限元程序进行动力时程分析，计算炮台、兵营在不同车辆轴重、行驶速度的振动响应，获得加速度、速度沿距离分布规律，分析各因素对遗址振动影响。结果表明，车速由40 km/h 增加到80 km/h 时炮台底座速度响应增加4％～13％，而兵营地基速度响应增加6％～30％；轴重由15 t增加到55 t时炮台底座、兵营地基响应与轴重成正相关增大。通过在震源处施加竖向变频率简谐作用力进行谐响应分析知模型卓越频率分别在10 Hz及40 Hz附近；外部交通振动荷载频率近10 Hz时，炮台底座、兵营地基振动响应最大。

芜湖体育场膜结构挑篷风荷载风洞模拟研究

通过风洞模拟的方法研究了芜湖体育场东 (副 )、西 (主 )看台不对称索膜结构挑篷的风荷载特性。试验结果表明 :当主看台挑篷处于斜下风向位置时的风荷载要比类似的对称挑篷大许多。

金沙遗址采光屋顶预应力悬索结构施工技术

金沙遗址采光屋顶采用预应力悬索结构。论述了该工程分级对称张拉的预应力施工技术,结合施工仿真计算和现场实测结果,分析了在预应力施工过程中结构目标预应力和最终索力之间的差异,介绍了结构钢索相关节点设计和张拉技术参数控制原则、钢索安装顺序。实践表明索力和变形满足相关规范及设计要求,最终索力值与目标预应力值相差比较小,施工仿真计算分析可保证设计和施工的准确性、安全性。

新能源汽车车架有限元分析及结构优化

从汽车行业的发展趋势看,电动汽车已成为传统燃油汽车的替代品。在车辆结构方面,车架是汽车最重要的承载部件,因此,电动汽车的车架结构优化对电动车的使用性能有较大影响。本论文以某款新能源汽车的车架为研究对象,分析现有的受力特点,找出其中的设计缺陷,并利用ANSYS进行优化完善,提升车辆的整体性能。