馆藏浮放陶瓷文物地震摇晃响应振动台试验

为保护可移动文物,采取试验方法研究了地震作用下馆藏浮放文物的摇晃响应.以故宫某展柜为原型,制作了1∶1比例的模型,并在展柜内放置了一陶瓷文物,进行了振动台试验.通过白噪声激励,获得了展柜的基频;通过输入不同类型、不同强度的地震波,研究了展柜和文物的地震响应;通过数值模拟,从理论上对模型地震响应进行了进一步论证.结果表明:对展柜而言,其基频在29～35 Hz之间,与地震波卓越频率相差较大,因而在地震作用下摇晃不明显;对文物而言,在地震波强度较小时能保持稳定振动状态,而在地震波强度较大时,文物容易产生明显摇晃并导致倾覆.此外,数值模拟结果与振动台试验结果吻合,证明了试验方法的有效性.在实际工程中,对高宽比较大的文物,应采取适当的加固措施,以减轻其摇晃震害.     

滚珠式文物展柜隔震装置性能试验

为有效减小馆藏浮放文物的震害,研制了一款滚珠式文物展柜水平隔震装置。制作了2个文物展柜模型,并在各模型内浮放文物仿品。分别考虑文物展柜底部安装隔震装置、展柜底部浮放地面,进行了振动台对比试验,检测了隔震装置的效果。结果表明:与非隔震条件相比,隔震体系的基频减小,阻尼比增大;地震作用下,隔震体系中的文物仿品产生的位移、加速度峰值明显减小。但是隔震条件下,文物仿品的动力放大系数仍有大于1的情况,且隔震装置的复位能力尚需提高。建议对隔震装置采取的改进措施主要适当减小基频、增大阻尼比、提高加工精度等。     

单檐歇山式古建筑抗震性能振动台试验

为有效保护古建筑,采用振动台试验方法,研究了中国明清官式木构古建的抗震性能。以故宫某单檐歇山木构古建为对象,制作了1∶2缩尺比例模型。模型含浮放柱底、柱架、斗拱、歇山屋顶、墙体等所有构造,且施工工艺完全符合中国明清官式木构古建施工规定。通过施加白噪声激励,获得了模型的基频和阻尼比。通过施加不同强度等级的1940年El-Centro波,获得了模型典型节点的位移和加速度响应,讨论了模型的减震系数,评价了浮放柱底、榫卯节点、斗拱、屋顶、墙体等构造的抗震性能。结果表明:模型的振动形式表现为平面内的扭摆,其原因与歇山式屋顶质量分布不均密切相关。模型的震前基频为1.47Hz,阻尼比为4.6%。地震作用下,模型的位移及加速度响应曲线近似稳定、均匀。尽管屋顶构造则对地震力有一定放大作用,但浮放柱底、榫卯节点、斗拱等构造能发挥较好的耗能减震作用。对于不同构造而言,榫卯节点的减震性能最好,其减震系数可降至0.30;斗拱次之,其减震系数可降至0.53;而浮放柱底与柱顶石之间的摩擦耗能性能最弱,其减震系数最小值为0.66。墙体在地震波强度增大过程中发生倒塌,但不影响结构整体稳定性。因此,单檐歇山式木构古建具有良好的抗震性能。     

南京长江大桥桥头堡抗震加固受力性能研究

为研究南京长江大桥桥头堡填充墙加固对结构抗震性能的影响,提出考虑较高填充墙开裂的双斜撑模型,用于罕遇地震工况下桥头堡的抗震性能计算,同时提出考虑填充墙加固后刚度增强效应的建模方法。利用SAP2000建立了加固前后用于多遇地震工况、设防地震工况及罕遇地震工况的分析模型,并选取了桥头堡在1974年经历的实际地震激励时程及El-Centro地震激励时程作为激励进行了加固前后结构的抗震性能分析比较。研究发现,填充墙加固后桥头堡的抗震性能有了明显提升,其位移响应峰值约下降8%~23%,层间位移角响应峰值约下降12%~22%,而且桥头堡结构在设防地震情况下2个方向的层间位移角均满足了规范要求。另外,在罕遇地震工况下,未加固的填充墙开裂会使结构的扭转刚度下降,而填充墙加固可有效提升结构的扭转刚度,降低桥头堡在地震时发生扭转振动的概率。这2种地震荷载激励的分析结果差异约在3%~21%不等,且响应峰值出现的位置也有一些不同,故对桥头堡进行抗震时程分析时建议选取多条地震波输入综合分析。研究成果可为同类型的钢筋混凝土建筑遗产的抗震加固提供借鉴和参考。     

故宫太和殿动力特性与常遇地震响应

为更好地保护故宫太和殿,采用有限元分析方法,研究了太和殿的动力特性及常遇地震作用下的响应。采用弹簧单元模拟榫卯节点及斗拱构造,并考虑柱础为铰接,建立了太和殿有限元模型。通过模态分析,获得了太和殿基频及主振型;通过对模型进行时程分析,获得了典型节点的位移、加速度响应曲线,以及典型单元的内力响应曲线,评价了太和殿的抗震性能。结果表明:太和殿基频为0.9Hz,主振型以平动为主;常遇地震作用下,太和殿能保持稳定振动状态,结构的内力和变形均在容许范围内,且斗拱及榫卯节点均能发挥一定的减震作用。     

单檐歇山式木构古建抵抗极端烈度地震试验调查研究

为更好地保护我国古建筑,基于《单檐歇山式古建筑抗震性能振动台试验》的相关成果,研究了强震作用下我国明清官式木构古建的抗震性能,制作了与该论文相同的试验模型,进行了振动台试验。通过对模型输入烈度逐渐增强的1940年El-centro波,并考虑地震波为水平双向作用,分析了强震作用下不同构造的试验现象,开展了详细的震后调查,获得了不同构造在强震作用下的抗震性能和震害机制。结果表明:强震作用下,我国明清官式木构古建的振动形式表现为柱架、斗拱、梁架及屋顶的近似同步往复摇摆;主要震害包括柱底偏移、榫卯节点开裂、拔榫、斗拱偏移及错位、额枋-垫板分离、墙体倒塌等,但承重木构架受损不严重,结构未产生倒塌。其良好抗震性能的原因与古建筑的构造特征密切相关。     

文物防震措施研究初探

台北故宫博物院珍藏中国历代名瓷和玉器其数量和种类居全世界博物馆之冠,目前陈列柜内瓷器及玉器的防震措施仍有改善的空间,因此运用现代科学方法和仪器研究文物防震措施,更突显其重要性和迫切性。本研究使用的方法为传统文物防震措施(使用微晶蜡固定、铁弗龙、橡胶垫和防震塑料垫衬底)、柜内型隔震台减震和电磁铁固定陈列柜功能性测试;运用台湾地震工程研究中心的人工地震台执行上述不同方法之实验。实验结果,传统方法抗震优劣顺序为:微晶蜡>铁弗龙>塑料垫>橡胶垫;柜内型隔震台消能减震功效可达60％;至于电磁铁固定陈列柜防震在加速度超过800gal时,才显现摇摆现象,未装电磁铁的陈列柜,加速度超过300gal时,即有自震现象。然而在瓷器、玉器陈列柜内实务执行防震措施的层面,宜使用微晶蜡固定最为经济有效,柜内型隔震台亦可使用,但需考量柜内可滑动空间是否充裕的实际状况执行。     

《馆藏文物防震规范》关键技术——防震安全设计研究

《馆藏文物防震规范》WW/T 0069-2015,基于馆藏文物防震安全提出馆舍、展陈和文物全系统防震安全理念、设计方法和具体措施。本研究针对馆藏文物防震设计方法、适用范围、展柜及文物安全性判别等关键技术问题展开研究。首先,提出了"地震波+馆舍+展柜+文物"的全过程全系统防震设计理念;其次,针对浮放展柜及文物,进行地震作用下安全性分析研究;第三,与Getty博物馆研究成果对比,验证本研究理论的正确性与可靠性。分析得出:文物防震安全与文物高宽比、支撑接触面摩擦系数、安放处加速度峰值等因素有关;引入了抗滑动安全系数和抗倾覆安全系数进行设计,可充分保证文物安全性。     

固定和浮放条件下文物展柜动力响应分析与试验研究

目前对文物保护的研究主要以试验为主,本研究试图用数值方法分析文物展柜的动力学特性,以解决试验分析方法所导致的缺陷。为此,对固定和浮放两种不同边界条件的文物展柜进行地震作用和简谐激励下的动力响应分析,给出了展柜展台面处的加速度动力放大系数(简称放大系数)上限值。以某博物馆展柜为原型,按1∶1/0.39进行缩尺振动试验,得出两种边界条件下展柜展台面处的放大系数。对试验展柜建立有限元模型,通过与试验对比,验证模型及分析方法的正确性。然后,建立展柜模型的有限元模型,对5种尺寸的展柜进行了动力响应分析,并考虑激励幅值、激励频率等对放大系数的影响。分析结果有助于指导文物的防震保护工作。     

博物馆文物的防震保护研究（三）——陈列文物的地震安全性分析

通过分析博物馆馆藏文物的悬吊、固定、浮放等基本放置形式,探讨了文物的陈列特征及其可能造成的震害因素。综合考察和分析研究了国内外浮放式物体及陈列文物的运动状态,指出陈列文物在地震发生时的主要危害性运动是滑移和倾覆。根据相关浮放物在地震作用下的计算方法、上海博物馆文物的陈列特征及防震设计参数,提出简便实用的浮放式陈列文物稳定性计算模型,编制了适合上海博物馆文物安全性分析的计算程序。并以上海博物馆文物陈列的3类接触材料、4楼中国古代玉器馆的典型陈列文物为试点,计算了陈列文物在地震中遭受破坏的临界值。表明在设防水准的大震和中震情况下,目前陈列现状的绝大多数文物均存在倾覆和滑移安全隐患,但当文物所受到的地震动减小到110gal时可满足陈列安全。     

博物馆文物的防震保护研究（一）——传统抗震措施与现代隔震技术

通过对博物馆内物浮放物体的地震危害性分析,指出了物防震的一些主要问题。归纳总结了馆藏物的传统抗震措施。阐述了现代隔震技术的发展、研究现状以及隔震装置在物防震工作中的应用情况。同时给出了博物馆物防震保护的设计方案。     

现代测绘技术在古建烫样数字化项目中的应用

烫样是研究清代皇家建筑的珍贵文物,为配合文物信息数字化工作的开展,针对烫样数据的采集和处理方法进行了深入研究。在综合考虑多种数据采集方法的特点及烫样数字化记录的难点后,选择使用手持式三维扫描仪与多视角三维重建技术相结合的方式来进行烫样的基础数据采集,并通过实践总结出了一套完整的数据采集和处理工作流程。与此同时,针对成果可能的应用方式做了些许尝试,且为数据的后期维护与进一步利用拟定了数据管理系统的建设方案。     

Implications of Thrown-Out Boulders for Earthquake Shaking

In the source areas of some large shallow earthquakes, we have found many dislodged boulders struck by severe ground shaking. Some boulders were located at quite distances from the former sockets, which remained undisturbed with surrounding clear edges. This fact indicates the possibility that vertically upward seismic acceleration exceeded the earth's gravity (1g). This phenomenon of upthrown boulders is investigated herein by examining the effects of waves, which emanate deep in the ground due to an earthquake, propagate through the ground and boulder, and reflect back to the ground, involving a variety of their interaction. An elastic dynamic analysis is carried out on the basis of a one-dimensional continuum model consisting of the ground and boulder. It is subjected to the input of the Ricker wave, which is intended to simulate an earthquake-generated wave, emanating from the bottom of the model ground. The upthrow of a boulder is taken to occur when the dynamic response at the bottom of the boulder satisfies certain conditions. It turns out that the possibility of upthrow occurrence is high when the period of the Ricker wave coincides with the fundamental period of the ground vibration. It leads to the conclusion that the upthrow takes place due to resonance in the response of the system of the ground and boulder to the external wave input. The upthrow possibility increases as the input acceleration increases. Trial is made of predicting the maximum acceleration and velocity of an earthquake, based on this consideration of the up throw phenomenon.     

明清古建筑木结构典型抗震构造问题研究

为保护古建筑,采用分类统计方法,研究了我国明清古建筑木结构的典型抗震构造问题。基于大量工程现场勘查结果,对古建筑木结构的典型抗震构造问题进行了归纳汇总,分析了原因,提出了加固建议;基于典型算例,对古建筑木结构加固方法进行了深入论证。结果表明:我国古建筑木结构的柱子、斗棋、榫卯节点、梁架、屋顶等各部位都容易产生开裂、糟朽、变形、拔榫等抗震构造问题并影响结构的抗震性能,而这些问题的产生原因主要与木结构的构造特征、木材材料性质及施工保养等因素有关;对这些抗震构造问题及时采取合理有效的加固措施,可减轻或避免结构产生的震害。     

博物馆文物的防震保护研究（二）——设防地震动输入及结构地震动反应

通过对上海及邻近地区地震危害性分析,结合地震研究工作结果,根据上海博物馆文物防震保护的具体要求,研究确定了该博物馆文物防震保护的设防水准及地震动参数。场地地震动输入峰值加速度水准确定为50年超越概率3％,地震动反应谱采用上海市标准《建筑抗震设计规范》(DGJ08-9-92)中给出的地震影响系数曲线(阻尼比0.05),并将输入峰值加速度调整为180gal。研究采用了目前通用的拟合反应谱的方法,通过拟合选定的地震动反应标准谱,合成了6条人造地震波时程曲线,拟合精度控制在相对误差不大于5％;同时结合上海市《建筑抗震设计规范》(DGJ08-9-92)中所附的一条强震记录,共同作为上海博物馆结构地震反应分析的输入地震动。又根据上海博物馆建筑的结构特征分析,结合建筑结沟动力特征的实测结果,通过采用层模型结构时程分析计算方法,计算并获得了在遭遇设防地震时,上海博物馆建筑物每一层的地震动反应,表明上海博物馆建筑各楼层的地震动反应具有明显的楼层放大作用。对各楼层地震动反应的统计分析,给出了上海博物馆建筑物每一层的地震动参数,以此可作为今后文物地震危害性分析,及研究设计隔震装置等防震措施的依据。     

文物的赋存环境及其预防性保护问题

我国是世界上历史最悠久的古国之一,拥有为数众多的具有历史、科学、社会及经济价值的文物。本研究尝试综述了从文物与其赋存环境关系的角度,将文物赋存环境分为全曝露自然环境、半曝露自然环境及人工营造环境,通过分析赋存环境对文物的影响,探讨文物赋存环境的转化过程,提出不同环境条件下文物的预防性保护问题。     

汶川地震可移动文物震害研究

为探索汶川地震作用下以浮放为主的可移动文物的震害及防震措施,通过震后勘查,讨论了汶川地震造成的可移动文物的典型震害症状。从博物馆、陈列台、文物本身等三个方面,分析了可移动文物的主要震害原因和传统的防震措施的不足之处,对国内外可移动文物的先进防震技术进行了探讨,研究了其防震机理。基于国内外可移动文物防震经验,对我国可移动文物提出了防震建议。研究结果表明:汶川地震造成可移动文物震害除了地震本身因素外,文物防震措施不足是一个重要原因;为保证可移动文物的防震性能,首先应规范博物馆建筑抗震设计,其次考虑陈列台隔震技术应用,最后再考虑可移动文物与陈列台之间的可靠连接;采取先进的隔震技术对可移动文物的防震具有促进作用。     

Shaking Table Model Test of a Steel-Concrete Composite High-Rise Building

Shaking table tests were conducted on a 1/20 scaled-model of a 25-story steel-concrete composite high-rise building, composed of steel frame (SF) and concrete tube (CT). The seismic behavior of the model was investigated with the increasing of table-input acceleration amplitudes. It has been found that the seismic failure of the model concentrated on the shear walls and corner columns at the lowest story of the CT as well as the joints between the SF and the CT. Even subjected to extremely strong earthquakes, due to effective composite action, the composite model was able to support its weight to prevent collapse.