滑动式文物隔震支座隔震性能研究

摘要

我国是一个多地震的国家，每次地震对馆藏可移动文物的破坏极其严重，这一问题受到国家相关部门的高度重视，减轻地震作用对馆藏可移动文物的破坏十分迫切。本文首先建立了隔震与非隔震博物馆的有限元模型，对地震波传递到两种博物馆的过程进行了研究，得到各自的楼面波，作为研究滑动式文物隔震支座地震响应的外部激励。然后建立了滑动式文物隔震支座及展柜有限元模型，可以通过支座弹簧刚度的调整，控制结构周期，结合该支座对楼面波从博物馆传递至展柜全过程进行研究。在滑动式文物隔震支座的基础上，设计了变刚度文物隔震支座，并对其设计方法以及隔震效果进行研究。论文主要研究工作和成果如下:
　　(1)利用MIDAS建立隔震博物馆及非隔震博物馆模型，按照规范选取了三条地震波，其中一条为人工波，进行时程分析。提取不同建筑高度楼层的楼面波加速度时程，并对其进行傅立叶变化，得到其频谱特性。结果表明，在地震作用下，博物馆（包括隔震博物馆及非隔震博物馆）楼面波加速度峰值均随着楼面层数的增加而增加，且同一地震作用下不同楼层的楼面波均具有相似的频谱特性。隔震博物馆对地震作用有一定的阻隔作用，非隔震博物馆对地震作用有一定的放大作用。
　　(2)利用ABAQUS建立了展柜-支座模型，支座采用滑动式文物隔震支座。通过第三章得到的楼面波作为外部激励输入，调整支座刚度，得到了展柜文物放置处的加速度反应谱以及位移反应谱。分析表明可以通过改变滑动式文物隔震支座弹簧刚度来控制结构的整体周期，实现文物隔震的目的。对于隔震博物馆，在罕遇地震作用下，其楼面波平均加速度峰值为0.52m/s2。滑动式文物隔震支座可以将结构平均加速度反应峰值控制在0.21m/s2，隔震率为59％，此时结构的平均位移峰值为149mm。对于非隔震博物馆，在罕遇地震作用下，其楼面波平均加速度峰值为4.45m/s2。滑动式文物隔震支座可以将平均加速度峰值控制到0.34m/s2，隔震率为92％，此时结构的平均位移峰值为124mm。滑动式文物隔震支座更适用于非隔震博物馆结构中。此外，本文结合以上分析，提出了滑动式文物隔震支座的设计方法。
　　(3)利用ABAQUS建立了展柜-支座模型，支座采用变刚度文物隔震支座，通过第三章得到的楼面波进行加载。分析表明变刚度文物隔震支座无论是对于隔震博物馆还是非隔震博物馆都有良好的隔震效果。其中，对于非隔震博物馆，变刚度文物隔震支座的减震效果更为明显。变刚度文物隔震支座可以更好的实现不同地震强度下不同的设计目标。多遇地震作用下，能够更有效的控制文物的加速度反应;罕遇地震作用下，在控制文物的加速度反应的前提下，能够更有效的控制文物的位移。此外，本文结合以上分析，提出了变刚度式文物隔震支座的设计方法。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 引言

1．2 文物震害特点

1．3．1 博物馆结构的防震

1．3．2 展柜的防震

1．3．3 文物的防震

1．4 国内外馆藏文物防震保护技术的发展

1．5 本文的主要研究内容和技术路线

1．5．1 本文研究内容

1．5．2 技术路线

2．1 隔震原理

2．2 隔震系统的概述

2．3 隔震支座研究现状

2．3．1 铅芯橡胶隔震支座

2．3．2 滑动隔震支座

2．3．3 复合型隔震支座

2．3．4 其他隔震支座

2．4 模型外加激励的选取

2．5 本章小结

3 基于某博物馆楼层波特性研究

3．1 工程概况及有限元模型分析

3．1．1 工程概况

3．1．2 有限元模型介绍

3．2 基于隔震博物馆建筑的楼层波时程及频谱分析

3．2．1 楼面波加速度时程及频谱

3．2．2 结果分析

3．3 基于非隔震博物馆的楼层波时程及频谱分析

3．3．1 楼面波加速度时程及频谱

3．3．2 结果分析

3．4 本章小结

4 滑动式文物隔震支座隔震设计研究

4．1 滑动式文物隔震支座介绍

4．1．1 滑动式文物隔震支座组成

4．1．2 滑动式文物隔震支座理论公式推导

4．2 展柜-支座有限元模型的建立及自振特性研究

4．2．1 展柜-支座有限元模型的建立

4．2．2 展柜自振特性研究

4．3 楼面波作用下的展柜-支座模型隔震效果分析

4．3．1 隔震博物馆楼面波作用下的分析

4．3．2 非隔震博物馆楼面波作用下的分析

4．4 滑动式文物隔震支座设计方法

4．5 本章小结

5 变刚度文物隔震支座隔震设计研究

5．1 变刚度文物隔震支座介绍

5．2 变刚度文物隔震支座有限元模型

5．2．1 变刚度模型有限元实现办法

5．2．2 变刚度文物隔震支座设计参数与有限元模型对应关系

5．3 楼面波作用下的展柜-支座模型隔震效果分析

5．3．1 刚度变化规律研究

5．3．2 隔震博物馆楼面波作用下的分析

5．3．3 非隔震博物馆楼面波作用下的分析

5．4 变刚度文物隔震支座设计方法

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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