保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法
【专利摘要】<b />一种保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法，在实验室内对文物仿制品进行材料特性试验，获得该材料的抗拉压极限应力、抗剪切极限应力、动弹性模量及动剪切模量；取应力折减系数K后，将仿制品的抗拉压极限动应力、抗剪切极限动应力乘以K作为文物的容许动应力；根据达朗贝尔原理计算出容许加速度；按照文物的容许加速度、摩擦系数和高宽比（即容许振动指标）将馆藏文物的稳定性分为三个稳定级别；最后依据分类结果进行展台的设计布置及文物的摆放。本发明判别方法简单可行、且结果准确，容许振动指标为地震作用下文物安全保障的控制提供了科学依据以及量化标准。
【专利说明】保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种地震情况下文物馆舍内馆藏文物的保护，特别是涉及一种利用控制与文物安全等级相对应的容许加速度指标及稳定指标来保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法。
【背景技术】
[0002]对于可移动文物抗震安全性的评价，目前主要是针对文物在滑移、倾覆、摇晃等宏观响应下进行判别。洛里(Lowry)等结合洛杉矶盖蒂博物馆防震经验指出可移动文物重心是影响其安全性的主要因素，推导了通过宽高比确定可移动文物稳定性的理论公式，当有效宽高比不大于2时认定可移动文物稳定；研究同时给出了调整文物重心的若干技术措施。石油浮放设备隔震技术标准给出了石油浮放设备因地震所致产生振动的经验计算公式，对不同设备的支撑方式分别给出了经验调整系数；陆钦年和熊立红通过理论推导给出了考虑竖向地震作用的设备滑移判别式。上述标准和研究给出了浮放设备的滑移、倾覆判另O，但是没有给出滑移、倾覆后如何处理。张俊勇等人的研究是将浮放物假设为刚性体，给出了浮放物由静止到开始摇晃的判别条件，其安全稳定与浮放物的宽和高、质量、水平和竖向加速度相关。现有研究一般通过文物宏观运动的响应判别其安全性，判别指标单一、笼统，判别方法复杂，且结果不准确；同时，目前在馆藏文物的地震响应分析和安全性评价方面，尚没有针对文物微观响应的判别方式，亦未对文物按照安全级别进行分级控制，因此，无法真实、准确的对文物在地震作用下的安全性能做出评判。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有技术的不足，给出一种对文物在地震作用下的容许振动指标按照安全级别进行分级控制、在微观响应情况下对馆藏文物地震响应和安全性评价进行分析与判别、判别方法系统具体、判别结论真实可靠的保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法，解决可移动馆藏文物在地震作用下不安全、不稳定的问题，及现有研究一般通过文物宏观运动的响应判别其安全性、判别指标单一笼统、判别方法复杂、且结果不准确的问题；同时，还解决目前在馆藏文物的地震响应分析和安全性评价方面尚没有针对文物微观响应的判别方式、亦未对文物按照安全级别进行分级控制、因此无法真实、准确的对文物在地震作用下的安全性能做出评判的问题。
[0004]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
一种保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法，包括建筑物基础的设计施工、建筑物主体的设计施工、展台的设计布置、文物的摆放方式，其特征在于:所述展台的设计布置和文物的摆放方式的选择中将文物容许振动指标作为重要选择参数和依据，所述文物容许振动指标包括容许加速度、摩擦系数及文物高宽比。
[0005]所述展台的设计布置和文物的摆放方式的选择中将馆藏文物的稳定性按照文物的容许加速度、摩擦系数和高宽比至少分为三个稳定级别，第一稳定级别:不发生相对运动；第二稳定级别:不发生摇晃、允许滑动；第三稳定级别:不发生跳起、允许摇晃。
[0006]所述保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法包括以下步骤:
步骤一、在实验室内对文物仿制品进行材料特性试验，获得该材料的抗拉压极限应力、
抗剪切极限应力、动弹性模量以及动剪切模量，得到仿制品的抗拉压极限动应力和抗剪切极限动应力；
步骤二、依据文物的材料年限、分项系数、保证率及文物的保护级别，获取相应的动应力折减系数K，将步骤一中仿制品的抗拉压极限动应力、抗剪切极限动应力分别乘以动应力折减系数K后作为文物的容许抗拉压动应力和容许抗剪切动应力；
步骤三、根据达朗贝尔原理得到容许动应力与容许加速度之间的关系，利用容许抗拉压动应力和容许抗剪切动应力计算出文物的容许加速度，包括竖向容许加速度和水平容许加速度；
步骤四、由步骤三中确定的容许加速度，根据刚体运动学得到文物稳定指标的静摩擦系数和文物高宽比的限值条件；
步骤五、按照文物的容许加速度、静摩擦系数和高宽比至少分为三个稳定级别:第一稳定级别:不发生相对运动；第二稳定级别:不发生摇晃、允许滑动；第三稳定级别:不发生跳起、允许摇晃；
步骤六、依据步骤五的分级结果进行展台的设计布置及文物的摆放:具体包括展台的尺寸设计、台面材料选择和支座的设计安装，以及文物的摆放楼层、与展台台面或相应支座相匹配的摆放位置等。
[0007]作为本发明的优选方案，所述步骤五中按照文物的容许加速度、摩擦系数和高宽比分为的三个稳定级别的条件是:
第一稳定级另1J:不发生相对运动，μ ο≥au/ (av+g)且h/b ( (g+av)/au ；
第二稳定级别:不发生摇晃、允许滑动，h/b ( min[(g+av)/au, I/ μ ]；
第三稳定级别:不发生跳起、允许摇晃，av+g ^ O ；
其中，式中2b为文物底面宽度；h为文物重心至文物支承面的高度，通过悬物法测定；H为文物高度；μ为文物底面与支承面之间的摩擦系数，μ ^为静摩擦系数，av为竖向容许加速度，au为水平容许加速度，g为重力加速度。
[0008]作为本发明的优选方案，所述步骤三中的文物的容许加速度采用截面法，运用达朗贝尔原理并依据材料的容许动应力，得到竖向容许加速度av=o Nd/(P H)-g、水平容许加速度au= τ sd/ ( P H)，其中，σ Nd为抗拉压容许动应力σ Nd、τ sd为抗剪切压容许动应，P为文物的材料密度，H为文物高度，g为重力加速度。
[0009]本发明保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法本发明判别方法简单可行、且结果准确，容许振动指标为地震作用下文物安全保障的控制提供了科学依据以及量化标准；与现有技术不同之处在于本发明保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法立足于馆藏文物在地震作用下的安全性能，提出了一种地震作用下文物容许振动指标的确定方法，给出了基于不同安全级别的文物安全指标，为地震作用下文物的安全性能的控制提供了科学依据及量化标准，可有效降低地震发生时馆藏文物大规模损坏的风险，提高了文物保存的安全系数，具有较大的社会意义与工程价值。本发明提出的容许振动指标可作为在地震作用下文物安全性评价、文物馆舍结构楼层加速度指标及展柜台面加速度指标确定的重要依据。
[0010]下面结合附图对本发明的保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法的流程图。
[0012]图2为地震下文物模型示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1和图2，一种保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法，包括建筑物基础的设计施工、建筑物主体的设计施工、展台的设计布置、文物的摆放方式，其特征在于:所述展台的设计布置和文物的摆放方式的选择中将文物容许振动指标作为重要选择参数和依据，所述文物容许振动指标包括容许加速度、摩擦系数及文物高宽比。
[0014]所述展台的设计布置和文物的摆放方式的选择中将馆藏文物的稳定性按照文物的容许加速度、摩擦系数和高宽比至少分为三个稳定级别，第一稳定级别:不发生相对运动；第二稳定级别:不发生摇晃、允许滑动；第三稳定级别:不发生跳起、允许摇晃。
[0015]本发明保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法包括以下步骤:
步骤一、在实验室内对文物I的仿制品进行材料特性试验，获得该材料的抗拉压极限
应力σ d、抗剪切极限应力τ d、动弹性模量Ed及动剪切模量Gd。
[0016]步骤二、基于文物I材料年限系数α、保证率系数β、强度分项系数Y及文物I安全等级系数ξ计算给出动应力折减系数K。考虑文物I年限距今300年，α取0.4，保证率系数β取0.95，强度分项系数Y取0.85，文物安全等级ζ取0.85，则K=0.275。
[0017]步骤三、将步骤一中仿制品材料的抗拉压极限动应力、抗剪切极限动应力乘以步骤二中的折减系数K后作为古文物的抗拉压容许动应力oNd、抗剪切压容许动应Tsd;
步骤四、根据达朗贝尔原理得到动应力与加速度指标之间的关系，通过动内力下的容许应力计算出文物的容许加速度。文物的容许加速度可通过如下方法获得:采用截面法，将文物I沿1-1截面剖开，取高为A的上段分析，运用达朗贝尔原理得到受力(如图2所示)，则1-1截面的动轴力FNd及动剪力Fsd通过动平衡条件求得，即
【权利要求】
1.一种保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法，包括建筑物基础的设计施工、建筑物主体的设计施工、展台的设计布置、文物的摆放方式，其特征在于:所述展台的设计布置和文物的摆放方式的选择中将文物容许振动指标作为重要选择参数和依据，所述文物容许振动指标包括容许加速度、摩擦系数及文物高宽比。
2.根据权利要求1所述的保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法，其特征在于:所述展台的设计布置和文物的摆放方式的选择中将馆藏文物的稳定性按照文物的容许加速度、摩擦系数和高宽比至少分为三个稳定级别，第一稳定级别:不发生相对运动;第二稳定级别:不发生摇晃、允许滑动；第三稳定级别:不发生跳起、允许摇晃。
3.根据权利要求2所述的保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤一、在实验室内对文物仿制品进行材料特性试验，获得该材料的抗拉压极限应力、抗剪切极限应力、动弹性模量以及动剪切模量，得到仿制品的抗拉压极限动应力和抗剪切极限动应力； 步骤二、依据文物的材料年限、分项系数、保证率及文物的保护级别，获取相应的动应力折减系数K，将步骤一中仿制品的抗拉压极限动应力、抗剪切极限动应力分别乘以动应力折减系数K后作为文物的容许抗拉压动应力和容许抗剪切动应力； 步骤三、根据达朗贝尔原理得到容许动应力与容许加速度之间的关系，利用容许抗拉压动应力和容许抗剪切动应力计算出文物的容许加速度，包括竖向容许加速度和水平容许加速度； 步骤四、由步骤三中确定的容许加速度，根据刚体运动学得到文物稳定指标的静摩擦系数和文物高宽比的限值条件； 步骤五、按照文物的容许加 速度、静摩擦系数和高宽比至少分为三个稳定级别:第一稳定级别:不发生相对运动；第二稳定级别:不发生摇晃、允许滑动；第三稳定级别:不发生跳起、允许摇晃； 步骤六、依据步骤五的分级结果进行展台的设计布置及文物的摆放:具体包括展台的尺寸设计、台面材料选择和支座的设计安装，以及文物的摆放楼层、与展台台面或相应支座相匹配的摆放位置等。
4.根据权利要求3所述的保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法，其特征在于:所述步骤五中按照文物的容许加速度、摩擦系数和高宽比分为的三个稳定级别的条件是； 第一稳定级别:不发生相对运动，μ ^≥au/ (av+g)且h/b ( (g+av)/au ； 第二稳定级别:不发生摇晃、允许滑动，h/b ( min[(g+av)/au, I/ μ ]； 第三稳定级别:不发生跳起、允许摇晃，av+g ^ O ； 其中，式中2b为文物底面宽度；h为文物重心至文物支承面的高度，通过悬物法测定；H为文物高度；μ为文物底面与支承面之间的摩擦系数，μ O为静摩擦系数，av为竖向容许加速度，au为水平容许加速度，g为重力加速度。
5.根据权利要求3所述的保护可移动馆藏文物在地震作用下安全稳定的方法，其特征在于:所述步骤三中的文物的容许加速度采用截面法，运用达朗贝尔原理并依据材料的容许动应力，得到竖向容许加速度av= σ Nd/ ( P H) _g、水平容许加速度au= τ sd/ ( P H)，其中，σ Nd为抗拉压容许动应力σ Nd、τ sd为抗剪切压容许动应，P为文物的材料密度，H为文物高度，g为重力加 速度。
【文档编号】G06F19/00GK103810385SQ201410043052
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2014年1月29日
【发明者】葛家琪, 马伯涛, 付仰强, 宋毛毛, 张曼生, 张奇铭, 王明珠, 刘鑫刚 申请人:中国航空规划建设发展有限公司