足尺三层单跨框架结构-展柜-文物系统振动台试验研究

为获得更多的馆藏文物震害数据及文物预防保护工作的科学实施,开展了足尺三层单跨框架结构-展柜-文物系统的振动台试验,对系统的地震响应及文物的破坏情况进行了研究。以三层钢筋混凝土框架结构模型代表博物馆结构,共设置6个展柜及23件浮放和限位文物模型。采用6条天然地震波,峰值加速度调幅范围为0.1g~0.62g,共进行了15次加载。获取了楼层加速度时程、展柜台面加速度时程、不同楼层上和展柜内浮放玻璃砖和陶瓷笔筒的滑移时程、不同体形的浮放花瓶的摇摆时程、不同楼层上亚克力卡固大号梅瓶和鱼线栓绑中号梅瓶的运动状态。结果表明:第二层和第三层楼面相对于振动台面的峰值加速度放大系数范围分别为0.92~2.15和1.28~3.93,同一条地震波激励下在钢筋开始屈服对应工况的放大系数最小;展柜台面相对于楼层的峰值加速度放大系数范围为0.82~1.98;峰值加速度为0.62g时,第三层楼面砂纸上玻璃砖的最大滑移量为103 mm,而亚克力板上陶瓷笔筒的最大滑移量仅为17 mm;位于振动台面的冬瓜瓶在峰值加速度为0.4g时处于静止状态,但在峰值加速度为0.31g时发生了倾覆,受花瓶底面不平整的影响,倾覆现象不一定随峰值加速度的增大而连续出现;各浮放花瓶在地震激励下基本静止或一摇即倒;随型卡固件对极罕遇地震作用下第三层楼面上的大号梅瓶的摇摆响应控制效果不佳,卡固与栓绑的组合方式对控制中号梅瓶的运动响应有效。

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。

博物馆-展柜-浮放文物系统地震滑移与摇摆响应分析

目前评估浮放馆藏文物的地震安全性时,未充分考虑博物馆-展柜-文物系统的影响,并通常忽略展柜的动力特性。考虑文物与展柜间浮放界面及结构的非线性、展柜的自振频率和等效为矩形刚体的文物,给出了博物馆-展柜-文物系统解耦的有限元建模方法。以受三条单向地震波作用的某四层框架结构为例,考虑位于地面及不同楼层的四种展柜,对发生纯滑移、纯摇摆及滑移-摇摆运动的三类文物响应进行了分析,并与纯滑移和纯摇摆文物的理论运动方程所得响应进行了对比验证。结果表明:频率为10 Hz的展柜中文物的滑移和摇摆响应最大,20 Hz、30 Hz和刚体展柜中文物的响应接近;随着楼层升高,文物的最大滑移量和摇摆角均增大;文物发生滑移-摇摆运动时的最大滑移量与摇摆角分别小于相同摩擦系数下纯滑移和相同宽高比下纯摇摆的文物,并随着文物宽高比和摩擦系数的增大而减小。

展柜文物支撑固定的优化方法研究

文章系统探讨了博物馆展柜文物支撑固定的优化方法,着重从技术创新、安全性稳定性考量以及可操作性与可维护性提高等方面展开分析。在技术创新与设计理念方面,介绍了利用新材料与技术进行支撑设计以及结合现代工程学原理优化支撑结构的重要性,以提高支撑固定方案的科技含量和实用性;在安全性与稳定性考量方面,强调了支撑固定对文物安全的重要性,以及设计支撑系统以确保文物稳定展示的必要性,为文物的长期保存提供了重要保障;在可操作性与可维护性提高方面,强调了设计支撑结构以便于文物的定期维护和保养的重要性,为博物馆工作人员提供了更为便捷的操作方式,延长了展柜和文物的使用寿命;同时展望未来,呼吁加强对支撑固定技术的研究和推广应用,以应对日益复杂的文物保护需求。

双向地震下博物馆滑移型文物的易损性评估

为科学开展博物馆滑移型文物的防震预防性保护工作,亟需对其地震风险进行量化评估。为解决风险评估的核心问题,提出了双水平向地震作用下博物馆滑移型文物的易损性评估方法,主要步骤为:考虑结构及浮放界面摩擦行为的非线性,构建博物馆-展柜-文物系统三维非线性有限元模型;将双向谱加速度和文物滑移量的最大均方根值分别作为地震动强度指标和工程需求参数,开展增量动力分析;建立文物滑移的概率地震需求模型及易损性函数。开展了代表典型滑移型文物的浮放物体在双向地震激励下的振动台试验,并结合单向地震激励下的理论滑移运动方程,对模拟滑移的有限元模型的正确性进行了验证;对所采用的地震动强度指标的有效性和充分性进行了检验,分析了固定和浮放展柜、所处楼层、滑移限值、单向和双向地震作用、基础隔震等因素对某四层框架结构博物馆中滑移型文物易损性的影响。结果表明:对于隔震结构及滑移限值取较小值时的非隔震结构,文物的滑移易损性对所处楼层不敏感,而对于滑移限值取较大值时的非隔震结构,则随楼层的升高而增大;非隔震结构内部浮放展柜中文物的滑移易损性低于固定展柜的情况,而隔震结构内部浮放和固定展柜中文物的滑移易损性十分接近;双向地震作用下文物的滑移易损性大于单向地震作用。