文物展柜地震响应被动控制方法研究

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50000 N×s/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。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 馆藏可移动文物防震概况研究

1．2．1 博物馆建筑结构防震研究

1．2．2 馆藏可移动文物传统防震方法

1．2．3 文物展示柜防震技术研究

1．3 结构减震控制研究现状

1．3．1 结构振动控制概述

1．3．2 消能减震技术研究现状

1．3．3 调谐质量减震控制研究现状

1．3．4 隔震技术研究现状

1．4 本文的主要研究内容和技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 技术路线

2 馆藏文物防震方法研究

2．1 展柜抗震设计研究

2．1．1 文物防震全过程分析方法研究

2．1．2 展柜基本参数及抗震设计假定

2．1．3 减震评价指标

2．2 展柜动力特性分析

2．2．1 模态分析理论

2．2．2 模态质量提取方法

2．2．3 展柜动力特性分析

2．3 地震动输入

2．3．1 场地地震动参数

2．3．2 楼层地震动参数

2．4 本章小结

3 展柜结构消能减震设计研究

3．1 粘滞阻尼展柜结构减震基本原理

3．1．1 单质点粘滞阻尼结构减震控制分析

3．1．2 粘滞阻尼器分析模型

3．1．3 粘滞阻尼展柜结构分析模型

3．1．4 粘滞阻尼器的有限元模拟和布置选型

3．2 粘滞阻尼消能减震结构动力分析

3．2．1 消能减震设计分析方法

3．2．2 粘滞阻尼器的等效线性化

3．3 展柜结构减震控制研究

3．3．1 参数分析

3．3．2 减震效果分析

3．4 小结

4 展柜结构调谐质量减震设计研究

4．1 TMD系统基本原理

4．1．1 基底直接受简谐激励的TMD减震控制分析

4．1．2 TMD最优参数选取

4．1．3 TMD减震系统的有限元模拟

4．2 参数分析

4．2．1 不同质量比的影响

4．2．2 不同阻尼比的影响

4．2．3 不同简谐激励频率影响分析

4．3 减震效果分析

4．4 小结

5 展柜结构隔震设计研究

5．1 隔震基本原理

5．1．1 单质点隔震结构分析研究

5．1．2 隔震支座的有限元模拟

5．1．3 水平刚度和阻尼比的选取

5．2 隔震装置设计参数分析

5．2．1 水平刚度的影响

5．2．2 阻尼比的影响

5．3 展柜结构隔震体系隔震效果分析

5．3．1 自振周期的调整效果

5．3．2 隔震效果评价

5．4 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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