一種浮置文物的防震方法
【專利摘要】一種浮置文物的防震方法，在建筑結(jié)構(gòu)的平面展臺(tái)上設(shè)置浮置文物承臺(tái)，浮置文物置于浮置文物承臺(tái)之上，其特征在于：所述浮置文物承臺(tái)與浮置文物之間設(shè)置防震裝置，所述防震裝置進(jìn)行嚴(yán)格的控制，包括剛度控制、阻尼控制及行程控制，以建筑結(jié)構(gòu)+浮置文物承臺(tái)+浮置文物全模型分析為依據(jù)，以浮置文物的安全性能指標(biāo)為目標(biāo)，對(duì)防震裝置進(jìn)行優(yōu)化，基于地震動(dòng)傳播全過程，同時(shí)考慮了地震動(dòng)輸入、建筑結(jié)構(gòu)特性、浮置文物承臺(tái)特性對(duì)防震效果的影響，為地震作用下重要浮置文物的安全性能控制提供了科學(xué)依據(jù)，可有效降低地震發(fā)生時(shí)重要浮置文物損壞的風(fēng)險(xiǎn)，方法簡(jiǎn)單可行且結(jié)果準(zhǔn)確，具有較大的社會(huì)意義與工程價(jià)值。
【專利說明】一種淳置文物的防震方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)振控制及文物防震【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種適用于博物館、生化 實(shí)驗(yàn)室、或精密儀器廠房等重要建筑內(nèi)部浮置文物的防震裝置設(shè)計(jì)、基于地震動(dòng)傳播全過 程、以浮置文物與建筑結(jié)構(gòu)雙重安全作為性能指標(biāo)的浮置文物的防震方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國地震災(zāi)害頻發(fā)，歷次震害表明，地震是造成建筑結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部物品損毀的主 要災(zāi)害之一。目前，針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)防震安全有強(qiáng)制性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，并施行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)審 查及工程質(zhì)量檢查制度，建筑結(jié)構(gòu)的防震安全有所保障；而針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部物品，尤其是 重要浮置文物，防震安全卻沒有規(guī)范要求，大部分建筑結(jié)構(gòu)對(duì)于內(nèi)部物品缺乏科學(xué)有效的 防震措施，普遍采用傳統(tǒng)的固定構(gòu)造措施或不采取防震措施，地震作用下建筑結(jié)構(gòu)雖能"不 倒"，但難以滿足內(nèi)部重要物品防震安全需求。隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展，我國建筑工程設(shè)計(jì) 不僅要求做到建筑結(jié)構(gòu)安全，對(duì)于建筑內(nèi)部重要物品防震安全性能的要求亦愈來愈高。鑒 于傳統(tǒng)防震措施難以保證結(jié)構(gòu)內(nèi)部物品防震安全，一些國外建筑結(jié)構(gòu)已對(duì)內(nèi)部重要物品采 用了防震裝置。
[0003] 國外基于將防震裝置作為定型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念，忽略了每個(gè)地區(qū)地震動(dòng)特性的差 異性，地震動(dòng)經(jīng)歷建筑結(jié)構(gòu)和浮置文物承臺(tái)，傳至每個(gè)浮置文物的地震作用效應(yīng)各異，防震 裝置設(shè)計(jì)方法與措施并不完善。我國在該領(lǐng)領(lǐng)域尚處于起步階段，現(xiàn)有防震裝置產(chǎn)品多為 國外引進(jìn)，該類定型產(chǎn)品缺乏對(duì)我國地震動(dòng)特性、建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的準(zhǔn)確考量，適用性不 高。此外，現(xiàn)有技術(shù)中防震裝置設(shè)置單一，而實(shí)際重要浮置文物的防震安全不是單一的防震 裝置就能解決的，需要開展建筑結(jié)構(gòu)及物品承臺(tái)動(dòng)力特性的檢測(cè)、地震動(dòng)傳播至"浮置文物 承臺(tái)+浮置文物"的全過程安全設(shè)計(jì)、防震裝置參數(shù)設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)等系統(tǒng)保障措施。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，給出一種基于地震動(dòng)傳播全過程、以浮置文物與建 筑結(jié)構(gòu)雙重安全為性能指標(biāo)的浮置文物的防震方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中由于引進(jìn)國外定型產(chǎn) 品、由于缺乏對(duì)我國地震動(dòng)特性及建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的準(zhǔn)確定位、適用性不高的問題；還解 決現(xiàn)有技術(shù)中防震裝置設(shè)置單一、防震裝置參數(shù)不明確、設(shè)計(jì)方法不合理、在地震作用下建 筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部重要浮置文物安全性得不到保證的問題；此外，還解決目前在防震裝置參數(shù)確 定過程中結(jié)構(gòu)及承臺(tái)動(dòng)力特性考慮不足、防震效果難以保證的問題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種浮置文物的防震方法，在建筑結(jié)構(gòu)的平面展臺(tái)上設(shè)置浮置文物承臺(tái)，浮置文物置 于浮置文物承臺(tái)之上，其特征在于：所述浮置文物承臺(tái)與浮置文物之間設(shè)置防震裝置，所述 防震裝置進(jìn)行嚴(yán)格的控制，包括剛度控制、阻尼控制及行程控制，控制時(shí)采用動(dòng)力特性檢測(cè) 與有限元分析相結(jié)合的手段，建立建筑結(jié)構(gòu)+浮置文物承臺(tái)+浮置文物的全模型，對(duì)防震裝 置參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與設(shè)計(jì)，具體控制步驟包括建筑結(jié)構(gòu)有限元模型的建立和修正、浮置文物 承臺(tái)有限元模型的建立和修正、防震裝置參數(shù)的初選、浮置文物承臺(tái)+防震裝置+浮置文物 的有限元模型的建立和修正以及最終防震裝置的確定。
[0006] 所述浮置文物的防震方法具體包括以下步驟： 步驟一、待建筑物結(jié)構(gòu)施工及展臺(tái)的布置完成后，在建筑結(jié)構(gòu)的平面展臺(tái)上設(shè)置浮置 文物承臺(tái)； 步驟二、選擇防震裝置，包括以下步驟： a、根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)所在地區(qū)的地震設(shè)防烈度、地震分組、場(chǎng)地類別及內(nèi)部浮置文物的重 要性，確定地震動(dòng)輸入?yún)?shù)，優(yōu)選的，地震動(dòng)輸入為地震動(dòng)加速度時(shí)程，應(yīng)包含不少于5條 天然地震動(dòng)記錄及不少于2條人工模擬地震動(dòng)記錄。
[0007] b、依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)圖紙關(guān)于建筑尺寸、材料、建筑結(jié)構(gòu)壽命、環(huán)境類別、使用功能等 信息，用建模軟件建立符合結(jié)構(gòu)材料、荷載及邊界實(shí)際情況的有限元模型，進(jìn)行動(dòng)力特性分 析，結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性報(bào)告模態(tài)頻率、模態(tài)振型和模態(tài)阻尼比。
[0008] c、根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)剛度及質(zhì)量分布情況布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置滿足評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性 的需求，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性檢測(cè)及識(shí)別。
[0009] d、由步驟c中工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，修正步驟b中的建筑結(jié)構(gòu)有限 元模型，直至動(dòng)力特性相差小于5%。
[0010] e、采用步驟a中確定的地震動(dòng)參數(shù)，在計(jì)算機(jī)有限元軟件中對(duì)步驟四中的建筑結(jié) 構(gòu)有限元模型進(jìn)行地震作用下的動(dòng)力時(shí)程分析，提取浮置文物承臺(tái)安放處的加速度時(shí)程響 應(yīng)，并取多條地震動(dòng)輸入下的加速度時(shí)程響應(yīng)平均值。
[0011] f、建立浮置文物承臺(tái)的有限元模型，同時(shí)對(duì)浮置文物承臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力特性檢測(cè)，依 據(jù)承臺(tái)動(dòng)力特性檢測(cè)結(jié)果修正承臺(tái)有限元模型，直至動(dòng)力特性相差小于5%。
[0012] g、防震裝置的參數(shù)初選：剛度參數(shù)取Kc/10, 為浮置文物承臺(tái)的剛度，m為 浮置文物承臺(tái)及浮置文物質(zhì)量，ω η為浮置文物承臺(tái)與浮置文物組合體系的固有圓頻率；防 震裝置附加給"承臺(tái)+浮置文物"組合體系的附加阻尼比不小于10% ;防震裝置行程不應(yīng)大 于 150mm。
[0013] h、在步驟f模型的基礎(chǔ)上，建立包括浮置文物承臺(tái)、防震裝置、浮置文物的有限元 模型，以步驟五中提取的浮置文物安放處的多個(gè)加速度時(shí)程響應(yīng)平均值作為激勵(lì)輸入進(jìn)行 包括浮置文物承臺(tái)、防震裝置、浮置文物的有限元模型的動(dòng)力時(shí)程分析，提取浮置文物的加 速度時(shí)程數(shù)據(jù)，承臺(tái)及浮置文物的位移時(shí)程數(shù)據(jù)。
[0014] i、以浮置文物的安全性能指標(biāo)為控制目標(biāo)，結(jié)合容許加速度指標(biāo)及容許位移行程 指標(biāo)，確定防震裝置參數(shù)滿足：隔震后應(yīng)滿足激勵(lì)頻率與浮置文物隔震后的頻率比不小于 3. 0,防震裝置位移行程不大于200_ ;當(dāng)不能滿足浮置文物的安全性能指標(biāo)及防震裝置位 移行程指標(biāo)時(shí)，修改步驟g中的防震裝置參數(shù)。
[0015] 步驟三、依據(jù)步驟i中優(yōu)化確定的裝置參數(shù)，進(jìn)行防震裝置的現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，并進(jìn) 行裝置性能的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力特性檢測(cè)，當(dāng)不能滿足浮置文物的安全性能指標(biāo)要求時(shí)，返回步驟h 調(diào)整計(jì)算參數(shù)重新計(jì)算，并修改產(chǎn)品參數(shù)； 步驟四、浮置文物的擺放：浮置文物浮放于防震裝置上并進(jìn)行固定； 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟i中浮置文物的安全性能指標(biāo)，按照容許加速度條 件是：（1)不發(fā)生滑移時(shí)，

【權(quán)利要求】
1. 一種浮置文物的防震方法，在建筑結(jié)構(gòu)（1)的平面展臺(tái)上設(shè)置浮置文物承臺(tái)（2)，浮 置文物（4)置于浮置文物承臺(tái)（2)之上，其特征在于：所述浮置文物承臺(tái)（2)與浮置文物（4) 之間設(shè)置防震裝置（3)，所述防震裝置（3)經(jīng)過剛度、阻尼及行程控制，控制過程中結(jié)合動(dòng) 力特性檢測(cè)與有限元分析，建立建筑結(jié)構(gòu)+浮置文物承臺(tái)+浮置文物的全模型，對(duì)防震裝置 參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與設(shè)計(jì)，具體控制步驟包括建筑結(jié)構(gòu)有限元模型的建立和修正、浮置文物承 臺(tái)有限元模型的建立和修正、防震裝置參數(shù)的初選、浮置文物承臺(tái)+防震裝置+浮置文物的 有限元模型的建立和修正以及最終防震裝置的確定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浮置文物的防震方法，其特征在于：具體包括以下步 驟： 步驟一、待建筑物結(jié)構(gòu)施工及展臺(tái)的布置完成后，在建筑結(jié)構(gòu)（1)的平面展臺(tái)上設(shè)置浮 置文物承臺(tái)（2); 步驟二、選擇防震裝置（3)，包括以下步驟： a、 確定地震動(dòng)輸入?yún)?shù)：根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)所在地區(qū)的地震設(shè)防烈度、地震分組、場(chǎng)地類別 及內(nèi)部浮置文物的重要性，確定地震動(dòng)輸入?yún)?shù)； b、 建立建筑結(jié)構(gòu)有限兀模型：參考建筑結(jié)構(gòu)圖紙上關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)的尺寸、材料、壽命、 環(huán)境類別及使用功能等的信息，用建模軟件建立符合建筑結(jié)構(gòu)材料、荷載及邊界實(shí)際情況 的有限元模型，進(jìn)行動(dòng)力特性分析，結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性報(bào)告模態(tài)頻率、模態(tài)振型和模態(tài)阻尼比； c、 對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性檢測(cè)及識(shí)別：根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)剛度及質(zhì)量分布情況布置測(cè) 點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置滿足評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的需求，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性檢測(cè)及識(shí)別； d、 建筑結(jié)構(gòu)有限元模型的修正：由步驟c中工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，修正 步驟b中的建筑結(jié)構(gòu)有限元模型，直至動(dòng)力特性相差小于5% ; e、 對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析：采用步驟a中確定的地震動(dòng)輸入?yún)?shù)， 在計(jì)算機(jī)有限元軟件中對(duì)步驟d中的有限元模型進(jìn)行地震作用下的動(dòng)力時(shí)程分析，提取浮 置文物承臺(tái)安放處的加速度時(shí)程響應(yīng)，取多條地震動(dòng)輸入下的加速度時(shí)程響應(yīng)的平均值； f、 建立浮置文物承臺(tái)有限元模型并修正：參照步驟a至步驟e的方法，建立浮置文物承 臺(tái)有限元模型，同時(shí)對(duì)浮置文物承臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力特性檢測(cè)，依據(jù)承臺(tái)動(dòng)力特性檢測(cè)結(jié)果修正 承臺(tái)有限元模型，直至動(dòng)力特性相差小于5% ; g、 防震裝置參數(shù)的初選：剛度參數(shù)取Kc/10,其中為浮置文物承臺(tái)的剛度，m為 浮置文物承臺(tái)及浮置文物的質(zhì)量，ωη為浮置文物承臺(tái)與浮置文物組合體系的固有圓頻率； 阻尼控制中，要求防震裝置附加給"浮置文物承臺(tái)+浮置文物"組合體系的附加阻尼比不小 于10% ;行程控制中，防震裝置行程不大于150mm ; h、 建立包括浮置文物承臺(tái)、防震裝置和浮置文物的有限元模型并進(jìn)行修正：在浮置文 物承臺(tái)有限元模型的基礎(chǔ)上，建立包括浮置文物承臺(tái)、防震裝置、浮置文物的有限元模型， 以步驟e中提取的浮置文物安放處的多個(gè)加速度時(shí)程響應(yīng)平均值作為地震激勵(lì)輸入進(jìn)行 包括浮置文物承臺(tái)、防震裝置、浮置文物的有限元模型的動(dòng)力時(shí)程分析，提取浮置文物的加 速度時(shí)程數(shù)據(jù)，以及浮置文物承臺(tái)和浮置文物的位移時(shí)程數(shù)據(jù)，確定容許加速度指標(biāo)及容 許位移行程指標(biāo)； i、 確定浮置文物防震裝置參數(shù)：以浮置文物的安全性能指標(biāo)為控制目標(biāo)，結(jié)合容許加 速度指標(biāo)及容許位移行程指標(biāo)，使隔震后激勵(lì)頻率與浮置文物隔震后的頻率比值不小于 3. 0,防震裝置位移行程不大于200mm ;當(dāng)不能完全滿足時(shí)，修改步驟七中的防震裝置參數(shù)， 重復(fù)步驟g至步驟h，直至滿足要求； 步驟三、防震裝置（3)的現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試：依據(jù)步驟九中優(yōu)化確定的裝置參數(shù)，進(jìn)行防震 裝置的現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，并進(jìn)行裝置性能的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力特性檢測(cè)，當(dāng)不能滿足浮置文物的安全 性能指標(biāo)要求時(shí)，修改步驟七中的防震裝置參數(shù)，重復(fù)步驟g至步驟i，直至滿足要求，其 中，防震裝置與浮置文物承臺(tái)承臺(tái)采用螺栓連接； 步驟四、浮置文物（4)的擺放：將浮置文物浮放于防震裝置上并進(jìn)行固定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種浮置文物的防震方法，其特征在于：所述步驟二的步驟 a中，所述地震動(dòng)輸入?yún)?shù)為地震動(dòng)加速度時(shí)程，包含至少5條天然地震動(dòng)記錄及至少2條 人工模擬地震動(dòng)記錄。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種浮置文物的防震方法，其特征在于：所述步驟二的步驟b 中，所述建模軟件為SAP2000、MIDAS或ANSYS。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種浮置文物的防震方法，其特征在于：所述步驟二的步驟i 中，浮置文物的安全性能指標(biāo)以容許加速度進(jìn)行限定，具體如下： (1) 不發(fā)生滑移時(shí)，
(2) 不發(fā)生傾覆時(shí)，
其中，式中b為浮置文物底面的寬度；h為通過懸物法測(cè)定的浮置文物重心至文物支承 面的高度；μ ^為浮置文物與支承面之間的靜摩擦系數(shù)，aM為水平容許加速度，g為重力加 速度，4為抗滑移安全系數(shù)，總為抗傾覆安全系數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2?5任意一項(xiàng)所述的一種浮置文物的防震方法，其特征在于：所述 步驟四中浮置文物（4)與防震裝置（3)之間采用魚線或卡扣進(jìn)行固定連接。
【文檔編號(hào)】F16F15/02GK104100674SQ201410323891
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】葛家琪, 馬伯濤, 付仰強(qiáng), 王樹, 張國軍 申請(qǐng)人:中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司