一种石窟立柱岩体文物的抗震补强装置的制造方法
【专利摘要】本发明提出一种石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，属于露天石质大型文物保护设备技术领域，该装置包括柱体补强系统和抗震吸能系统，所述的柱体补强系统套于被保护柱体文物外侧，所述的抗震吸能系统包括第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱，分别设置于被保护柱体文物的两侧；本发明整体结构设计具有良好的稳定性，内部灌注的水泥砂浆在大幅度提高立柱岩体强度的同时，添补柱体中的大裂隙，增强立柱岩体与上部窟体间稳定性；本发明彻底隔绝雨水、大气与立柱岩体文物的直接接触，从根本上消除风化的形成条件，防止立柱岩体文物的二次风化；本发明从最大程度上避免立柱岩体文物因地震引发的破坏和人员的伤亡事故发生。
【专利说明】
一种石窟立柱岩体文物的抗震补强装置
技术领域
[0001]本发明属于露天石质大型文物保护设备技术领域，具体涉及一种石窟立柱岩体文物的抗震补强装置。
【背景技术】
[0002]作为无法移动的露天大型文物的石窟立柱岩体，长期受地质营力和环境因素变化等各种自然因素的影响，立柱岩体表面存在着风化、大裂隙等病害。大量的地震研究资料表明，受地震波影响易在立柱岩体中存在裂隙、蚀变带、节理、断层等地质软弱构造面发生破坏，而我国近70%的石窟分布在高烈度地区和地震多发区，因此，开展石窟立柱岩体文物的保护和抗震技术的研究至关重要、意义重大。
[0003]目前，对于石窟立柱岩体文物的保护和抗震技术的研究主要分两种途径:1、应用环氧树脂等化学材料对立柱岩体中的裂隙进行灌浆粘接加固；2、应用锚杆加固的方法，把立柱岩体和立柱岩体支撑的上部窟体固定，应用环氧树脂将金属锚杆、立柱岩体、上部窟体三者粘合为一体，从而对其进行修护。但对于已风化且风化病害较严重或裂隙较大的立柱岩体，其对上部窟体支撑作用已相当有限，本身的强度和稳定性已成问题，故上述技术作用较小，已然不能适用;且尚未有对露天石质大型文物的抗震吸能方面的设计研究。
[0004]现实中，石窟立柱岩体文物受风化面的柱体开裂明显，石雕表层缺失严重，部分已失去其艺术价值;故对立柱岩体表层风化十分严重且影响美学价值的或者是影响到立柱岩体文物稳定性的部位进行必要的补强和支护是不违背文物保护基本规则的。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提出一种石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，以达到防止立柱岩体文物的二次风化，增强立柱岩体与上部窟体间稳定性的目的。
[0006]—种石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，该装置包括柱体补强系统和抗震吸能系统，所述的柱体补强系统套于被保护柱体文物外侧，所述的抗震吸能系统包括第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱，分别设置于被保护柱体文物的两侧；
[0007]所述的柱体补强系统包括半圆管形钢体、多个半圆箍和多个半环状钛合金支撑板条，其中，在半圆管形钢体内侧的不同高度分别设置半环状钛合金支撑板条，在半圆管形钢体的不同高度分别通过螺栓连接半圆箍；
[0008]所述的第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱结构相同，均包括钢管混凝土柱、螺旋式千斤顶、支撑底板、热卷弹簧和钢带凹槽支撑面板，其中，所述的钢管混凝土柱放置于被保护柱体文物的两侧的地面，钢管混凝土柱的上端设置有螺旋式千斤顶，螺旋式千斤顶的上端设置有支撑底板，支撑底板的上端设置有热卷弹簧，热卷弹簧的上端设置有钢带凹槽支撑面板。
[0009]所述的柱体补强系统还包括多根抗震钢筋，所述的抗震钢筋分别穿过多个半环状钛合金支撑板条。
[0010]在半环状钛合金支撑板条与被保护柱体文物之间形成的空间内注入水泥砂浆。
[0011]所述的钢带凹槽支撑面板上端设置有缓冲面板。
[0012]所述的热卷弹簧，其上端设置有钢珠载具，钢珠载具上端的多个凹槽中设置有钢珠。
[0013]所述的热卷弹簧，其固有频率大于20Hz。
[0014]所述的抗震吸能系统设置有外壳。
[0015]所述的缓冲面板采用橡胶面板。
[0016]所述的钢珠载具与钢珠之间设置有润滑层。
[0017]本发明优点:
[0018]1、本发明整体结构设计具有良好的稳定性，内部灌注的水泥砂浆在大幅度提高立柱岩体强度的同时，添补柱体中的大裂隙，增强立柱岩体与上部窟体间稳定性；
[0019]2、本发明彻底隔绝雨水、大气与立柱岩体文物的直接接触，从根本上消除风化的形成条件，防止立柱岩体文物的二次风化；
[0020]3、本发明外表面涂抹一层颜色与立柱岩体文物颜色相近的水泥砂浆，在不破坏具有艺术价值的文物原貌的同时，遵从了 “与环境统一”的文物保护原则；
[0021]4、本发明从最大程度上避免立柱岩体文物因地震引发的破坏和人员的伤亡事故发生，且为露天石质大型文物的抗震吸能方面的设计研究提供了一种研究方向。
【附图说明】
[0022]图1为本发明一种实施方式的石窟立柱岩体文物的抗震补强装置整体结构框图；
[0023]图2为本发明一种实施方式的石窟立柱岩体文物的抗震补强装置立体图；
[0024]图3为本发明一种实施方式的柱体补强系统正视和侧视图；
[0025]图4为本发明一种实施方式的柱体补强系统俯视图；
[0026]图5为本发明一种实施方式的第一抗震吸能柱或第二抗震吸能柱示意图；
[0027]图6为本发明一种实施方式的钢珠载具与钢珠结构关系示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
[0029]本发明实施例中，如图1和图2所示，石窟立柱岩体文物的抗震补强装置包括柱体补强系统I和抗震吸能系统2，所述的柱体补强系统I套于被保护柱体文物7外侧，所述的抗震吸能系统2包括第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱，分别设置于被保护柱体文物7的两侧；
[0030]本发明实施例中，如图3和图4所示，柱体补强系统I包括半圆管形钢体3、多个半圆箍8和多个半环状钛合金支撑板条4，其中，在半圆管形钢体3内侧的不同高度分别焊接多层半环状钛合金支撑板条4，在半圆管形钢体3的不同高度分别通过螺栓6连接半圆箍8;本发明实施例中，半圆管形钢体3圆管内表面与立柱岩体文物7风化面相对应，间隔1.5m设置一个半环状钛合金支撑板条4;利用钢体内半环状钛合金支撑板条4和半圆箍8相作用支护立柱岩体文物7;所述的柱体补强系I统还包括多根抗震钢筋5，所述的抗震钢筋5分别穿过多个半环状钛合金支撑板条4;本发明实施例中，对立柱岩体文物7风化面和半圆管形钢体3内表面中半环状钛合金支撑板条4和连接抗震钢筋5所在空间注入水泥砂浆。
[0031]本发明实施例中，半圆管形钢体3外表面涂抹一层颜色与立柱岩体文物7颜色相近的水泥砂浆。
[0032]本发明实施例中，如图5所示，第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱结构相同，均包括钢管混凝土柱21、螺旋式千斤顶22、支撑底板23、热卷弹簧24和钢带凹槽支撑面板27，其中，所述的钢管混凝土柱21放置于被保护柱体文物7的两侧的地面，钢管混凝土柱21的上端设置有螺旋式千斤顶22，螺旋式千斤顶22的上端设置有支撑底板23，支撑底板23的上端设置有热卷弹簧24，热卷弹簧24的上端设置有钢带凹槽支撑面板27;
[0033]本发明实施例中，如图5和图6所示，所述的钢带凹槽支撑面板27上端设置有缓冲面板28;缓冲面板28的材质为橡胶，橡胶是柔性材料，与上部窟体是面接触，不会对上部窟体造成二次破坏；
[0034]本发明实施例中，如图6所示，所述的热卷弹簧24，其上端设置有钢珠载具25，钢珠载具25上端的多个凹槽中设置有钢珠26;钢珠载具25与钢带凹槽支撑面板27的凹槽配合使用，即钢珠载具25可在钢带凹槽支撑面板27的凹槽内滑动，所述的钢带凹槽支撑面板27的凹槽的圆半径是钢管混凝土柱21半径的4/3;
[0035]本发明实施例中，所述的钢珠载具25为不锈钢材料，钢珠载具25与钢珠26间涂有润滑剂以减小摩擦;本发明通过钢珠载具与支撑面板凹槽面相互滑动来抵消或减小水平地震载荷的作用。
[0036]本发明实施例中，抗震吸能系统建立后，通过螺旋式千斤顶22压缩热卷弹簧24后锁住，使热卷弹簧24保持压缩状态，使之对上部窟体有预应力的作用，用以抵消或减小地震载荷产生的应力。
[0037]本发明实施例中，热卷弹簧的选取:大量的地震研究资料表明，地震波的频率在20Hz以下，固为使抗震吸能系统发挥抗震吸能的作用须将热卷弹簧的固有频率应大于20Hz，以避免因地震波和热卷弹簧的频率相同而发生共振效应，进而发生破坏失去吸能作用。
[0038]热卷弹簧的固有频率η公式如下:
[0039]n = l/23i*(k/m)'0.5 (I)
[0040]从公式(I)中可以看出热卷弹簧的固有频率η和弹簧弹性系数k与弹簧自重m的比值有关，固针对热卷弹簧的选取需依照上文所述综合考虑。
[0041]本发明实施例中，抗震吸能系统可外设一层塑料或木质外壳，外壳可雕饰成与周围文物相近的模样，便以遵从“与环境统一”的文物保护原则。
【主权项】
1.一种石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，其特征在于，该装置包括柱体补强系统和抗震吸能系统，所述的柱体补强系统套于被保护柱体文物外侧，所述的抗震吸能系统包括第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱，分别设置于被保护柱体文物的两侧； 所述的柱体补强系统包括半圆管形钢体、多个半圆箍和多个半环状钛合金支撑板条，其中，在半圆管形钢体内侧的不同高度分别设置半环状钛合金支撑板条，在半圆管形钢体的不同高度分别通过螺栓连接半圆箍； 所述的第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱结构相同，均包括钢管混凝土柱、螺旋式千斤顶、支撑底板、热卷弹簧和钢带凹槽支撑面板，其中，所述的钢管混凝土柱放置于被保护柱体文物的两侧的地面，钢管混凝土柱的上端设置有螺旋式千斤顶，螺旋式千斤顶的上端设置有支撑底板，支撑底板的上端设置有热卷弹簧，热卷弹簧的上端设置有钢带凹槽支撑面板。2.根据权利要求1所述的石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，其特征在于，所述的柱体补强系统还包括多根抗震钢筋，所述的抗震钢筋分别穿过多个半环状钛合金支撑板条。3.根据权利要求1所述的石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，其特征在于，在半环状钛合金支撑板条与被保护柱体文物之间形成的空间内注入水泥砂浆。4.根据权利要求1所述的石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，其特征在于，所述的钢带凹槽支撑面板上端设置有缓冲面板。5.根据权利要求1所述的石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，其特征在于，所述的热卷弹簧，其上端设置有钢珠载具，钢珠载具上端的多个凹槽中设置有钢珠。6.根据权利要求1所述的石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，其特征在于，所述的热卷弹簧，其固有频率大于20Hz。7.根据权利要求1所述的石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，其特征在于，所述的抗震吸能系统设置有外壳。8.根据权利要求6所述的石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，其特征在于，所述的缓冲面板采用橡胶面板。9.根据权利要求7所述的石窟立柱岩体文物的抗震补强装置，其特征在于，所述的钢珠载具与钢珠之间设置有润滑层。
【文档编号】E04G23/02GK105926975SQ201610487652
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】王来贵, 任彦锦, 刘向峰, 习彦会, 潘纪伟, 郑帅, 陈强
【申请人】辽宁工程技术大学