CN103431685B - 一种用于藏品防振的约束阻尼展柜及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于藏品防振的约束阻尼展柜及其实现方法。本发明的约束阻尼展柜包括：竖向承重构件、高阻尼材料层和约束层；其中，在竖向承重构件的表面牢固粘贴高阻尼材料层，在高阻尼材料层的外表面粘贴约束层，从而在约束阻尼展柜的竖向侧壁形成约束阻尼构造。本发明提出了一种基于藏品防振安全性设计的约束阻尼展柜和实现方法，从展柜上减小输入到藏品上的振动，相比展台上减振更具主动性，效果更好；不仅提供了一种约束阻尼构造，并且给出了基于该构造来减小藏品展柜动力放大效应的方法，使藏品经受的振动响应量值降低。

Description

一种用于藏品防振的约束阻尼展柜及其实现方法

技术领域

本发明涉及馆藏文物保护领域，具体涉及一种用于藏品防振的约束阻尼展柜及其实现方法。

背景技术

可移动文物（藏品的一种）防振主要包括防地震和防交通振动。随着经济发展和社会对文物保护力度的加大，可移动文物越来越多流向博物馆，被集中保存起来。藏品展柜为可移动文物提供利于保护的温、湿环境，但是针对可移动文物振（震）害及防振（震）措施的研究相对较少。

故宫博物院等单位曾对不同放置方式的藏品展柜进行了振动台试验研究，研究得出：对浮放文物而言，地震波强度较小时，不同条件下文物的摇晃响应为：展柜浮放＞展柜固定条件；地震波强度较大时，由于展柜与振动台面的摩擦减震作用，文物的摇晃响应为：展柜浮放＜展柜固定条件；Getty博物馆和上海博物馆等研究单位曾对藏品展柜的高宽比和重心等几何参数进行了相关研究，得出了地震作用下展柜滑移、倾覆、摇晃等响应的判别式。但是，目前针对藏品展柜动力响应的分析、研究及减振技术措施较少。

藏品展柜属于小型非刚性结构体，地震作用下藏品展柜自身存在动力放大效应（即：展柜的展台面振动可能会大于展柜底部振动），这个动力放大效应与展柜主受力构件的尺寸和材料相关，尤其是展柜固定于楼层的情况，动力放大效应更为明显。但是，现有的展陈设计却忽略此动力放大效应，因此会增大藏品在地震作用下的安全隐患。

发明内容

为降低藏品展柜的动力放大效应，增强展柜内文物的防振安全性，与现有技术不同，本发明提出一种通过采用约束阻尼降低藏品展柜动力放大效应实现藏品防振安全的新型展柜构造及实现方法，提高振动情况下藏品安全性。

本发明的一个目的在于提供一种用于藏品防振的约束阻尼展柜。

可移动文物所受振动一般是经历了如下振动传递过程：①外界激励使博物馆结构振动；②振动传递至楼层；③振动从楼层传递至展柜；④振动从展柜传递至展台；⑤振动从展台传递至可移动文物。在上述传递过程中，过程①和②属于建筑设计范畴，过程⑤属于展陈设计范畴，但是关于过程③和④的相关研究较少，主要针对藏品展柜的放置形式和形体轮廓等，以至于难于评价过程⑤展陈减振技术措施的可靠性。

本发明的约束阻尼展柜包括：竖向承重构件、高阻尼材料层和约束层；其中，在竖向承重构件的表面牢固粘贴高阻尼材料层，在高阻尼材料层的外表面粘贴约束层，从而在约束阻尼展柜的竖向侧壁形成约束阻尼构造；约束层的平面外方向的抗弯刚度不大于所粘贴的竖向承重构件的抗弯刚度的1/100，不小于1/10000；根据约束阻尼构造的参数，布置约束阻尼构造的约束阻尼展柜的减振效率η满足η≥20%。

约束阻尼构造的参数包括高阻尼材料层的长度、宽度、厚度、损耗因子、约束层的平面外方向的抗弯刚度和竖向承重构件的抗弯刚度。约束阻尼构造的参数决定减振效率η，调整约束阻尼构造的参数，使得布置约束阻尼构造后的约束阻尼展柜的减振效率η满足η≥20%，从而降低藏品展柜动力放大效应，提高振动情况下藏品安全性。减振效率η定义为：布置约束阻尼构造后藏品振动减小值与未布置约束阻尼构造的藏品振动初始值的比例。

高阻尼材料层与竖向承重构件和约束层之间为无间隙连接，可以采用粘接或硫化连接。

高阻尼材料层采用损耗因子不小于0.4的材料，优选的，不小于0.7；厚度不大于4mm。

约束层的材料采用防腐性能良好的材料，可以为金属或高分子树脂。进一步，约束层的厚度可取与约束阻尼层的厚度相同，以达到最佳的减振效果。

竖向承重构件可以为竖向承重杆件，也可以为竖向承重板件。

为了进一步增加减振效果，本发明的约束阻尼展柜包括多层的高阻尼材料层和约束层；在竖向承重构件的表面依次交叠地牢固粘贴高阻尼材料层和约束层，即在约束层的外表面继续粘贴高阻尼材料层，高阻尼材料层的外表面再粘贴约束层，在竖向承重构件的表面，多层的高阻尼材料层和约束层依次交叠，在约束阻尼展柜的竖向侧壁形成依次交叠的高阻尼材料层和约束层的多层的约束阻尼构造。

本发明适用于在陈列柜及展柜中的文物藏品和重要艺术藏品的保护，通过采用竖向承重构件、高阻尼材料层和约束层构成约束阻尼构造，当振动发生时，高阻尼材料层与竖向承重构件和约束层之间产生阻尼，为展柜有效增大阻尼，从而有效控制藏品展柜动力放大效应，减小藏品展台的振动响应以实现藏品防振。

本发明的另一个目的在于提供一种用于藏品防振的约束阻尼展柜的实现方法。

本发明的用于藏品防振的约束阻尼展柜的实现方法，包括以下步骤：

1）确定约束阻尼展柜中馆藏文物能够承受的振动响应安全限值[U_w]，确定约束阻尼展柜安放处楼面的振动量值U_F，针对约束阻尼展柜固定于楼面的情况，计算分析或者通过试验确定约束阻尼展柜动力放大系数β；

2）设计约束阻尼构造，包括牢固粘贴的竖向承重构件、高阻尼材料层和约束层，根据约束阻尼构造的参数，计算分析或者试验测定布置约束阻尼构造后的约束阻尼展柜的减振效率η，布置约束阻尼构造后的约束阻尼展柜的减振效率η满足η≥20%，如果η不小于50%，取η=50%进行后续计算；

3）当U_F×β×η≤0.5[U_w]时，转到步骤2），减小约束阻尼构造的参数值；当η小于50%、且U_F×β×η>[U_w]时，转到步骤2），增大约束阻尼构造的参数值；当η不小于50%、且U_F×β×0.5≤[U_w]时，以步骤2）的结果作为约束阻尼构造的最终参数值；当η不小于50%、且U_F×β×0.5>[U_w]时，以步骤2）的结果作为约束阻尼构造的最终参数值，此时约束阻尼构造不满足馆藏文物安全性，应将约束阻尼构造与其他可移动文物减振、隔振措施共同使用。

其中，在步骤2）中，约束阻尼构造的参数包括高阻尼材料层的长度、宽度、厚度、损耗因子、约束层的平面外方向的抗弯刚度和竖向承重构件的抗弯刚度。

在步骤3）中，减小约束阻尼构造的长度、宽度、厚度和损耗因子的参数值，以减小约束阻尼；增大约束阻尼构造的长度、宽度、厚度和损耗因子的参数值，以增大约束阻尼；其他可移动文物减振、隔振措施包括调整藏品展柜设计参数、增加调谐减振装置、增加颗粒阻尼装置等。

本发明的用于藏品防振的约束阻尼展柜的实现方法，可将约束阻尼构造与其他可移动文物减振、隔振措施共同使用。

本发明的优点：

本发明提出了一种基于藏品防振安全性设计的约束阻尼展柜和实现方法，从展柜上减小输入到藏品上的振动，相比展台上减振更具主动性，效果更好；不仅提供了一种约束阻尼构造，并且给出了基于该构造来减小藏品展柜动力放大效应的方法，使藏品经受的振动响应量值降低。

附图说明

图1为本发明的用于藏品防振的约束阻尼展柜采用竖向承重杆件的结构示意图；

图2为沿图1中A-A’线的剖面图；

图3为方形轮廓的竖向承重杆件的约束阻尼构造的局部放大的示意图；

图4为圆形轮廓的竖向承重杆件的约束阻尼构造的局部放大的示意图；

图5为本发明的用于藏品防振的约束阻尼展柜采用竖向承重板件的结构示意图；

图6为沿图5中B-B’线的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例一

以如图1所示的一种金属框架支撑式的展柜为例说明本发明的用于藏品防振的约束阻尼展柜及实现方法的具体实施。如图1所示，藏品展台5由竖向承重杆件1支撑，藏品展台以上通常用玻璃罩将藏品密封，形成馆藏文物的保护微环境。与常规展柜不同的是，本发明在竖向承重杆件1的表面粘贴高阻尼材料层2，在高阻尼材料层2的外表面粘贴约束层3。

如图1～图3所示，本实施例中，竖向承重杆件1、高阻尼材料层2和约束层3三者构成约束阻尼构造，为展柜有效增大阻尼，有效控制藏品展柜动力放大效应，减小藏品展台的振动响应以实现藏品防振。

如图3和图4所示，竖向承重杆件1可以为方形轮廓的杆件，也可以为圆形轮廓的杆件。图3为仅以在方形轮廓的竖向承重杆件1的表面的一面粘贴高阻尼材料层2的示意图，实际应用时可在方形轮廓的表面的四面粘贴高阻尼材料层2。高阻尼材料层2的面积大小依据计算确定。约束层3的面积宜等于或略大于高阻尼材料层2的面积。高阻尼材料层2与竖向承重杆件1和约束层3之间为无间隙连接，可以为粘接，也可以为硫化连接。高阻尼材料层2的损耗因子为0.7，厚度为3mm，约束层3的面积略大于高阻尼材料层2的面积，计算分析或试验测定得到约束阻尼展柜的减振效率η满足η≥20%。

实施例二

图5为一种板件支撑式的展柜，藏品展台5由竖向承重板件4支撑。与常规展柜不同的是，本发明在竖向承重板件4的在柜内的表面粘贴高阻尼材料层2，在高阻尼材料层2的外表面粘贴约束层3。

如图5和图6所示，为使约束阻尼构造更加隐蔽，约束阻尼构造通过竖向承重板件4及内侧粘贴的高阻尼材料层2和约束层3构成。高阻尼材料层2的面积大小依据计算确定。约束层3的面积宜等于或略大于高阻尼材料层2面积。高阻尼材料层2与竖向承重板件4、约束层3之间为无间隙连接，可以为粘接，也可以为硫化连接。图6为仅以在方形展柜竖向承重板件4的两侧局部粘贴高阻尼材料层2的示意，实际应用时可在四侧粘贴高阻尼材料层2。计算分析或试验测定得到，约束阻尼展柜的减振效率η满足η≥20%。

在上述两个实施例中，约束阻尼构造的优选如下参数：

高阻尼材料的损耗因子不小于0.4，优选的，不小于0.7；厚度优选不大于4mm；

约束层3的材料采用防腐性能良好的材料，可以为金属或高分子树脂；

约束层3的平面外方向的抗弯刚度不大于所连接的竖向承重构件抗弯刚度的1/100，不小于1/10000，优选的，约束层厚度可取与约束阻尼层厚度相同。

以上两个实施例的用于藏品防振的约束阻尼展柜的实现方法，包括以下步骤：

1）确定约束阻尼展柜中文物能够承受的振动响应安全限值[U_w]；确定约束阻尼展柜安放处楼面的振动量值U_F；计算分析或者通过试验确定约束阻尼展柜动力放大系数β，针对约束阻尼展柜固定于楼面的情况，约束阻尼展柜的动力放大系数β为藏品展台的振动响应与约束阻尼展柜安放处楼面对应方向振动响应的比值；

2）按照本发明方法设计约束阻尼展柜的竖向侧壁的约束阻尼构造，初步可按空间允许的位置布满约束阻尼构造，通过计算分析或者试验测定藏品展柜布置约束阻尼构造后的减振效率η，如果η不小于50%，取η=50%进行后续计算；

3）当U_F×β×η≤0.5[U_w]时，转到步骤2），减小布置的约束阻尼构造的参数值，即减少高阻尼材料层的面积（长度或宽度），以减小约束阻尼；当η小于50%、且U_F×β×η>[U_w]时，转到步骤2），增大布置的约束阻尼构造的参数值，即增加高阻尼材料层的面积，以减小约束阻尼；当η不小于50%、且U_F×β×0.5≤[U_w]时，以步骤2）的结果作为约束阻尼构造的最终参数值；当η不小于50%、且U_F×β×0.5>[U_w]时，以步骤2）结果作为约束阻尼构造的最终参数值，且应将约束阻尼构造与其他可移动文物减振、隔振措施共同使用，如：调整藏品展柜设计参数、增大调谐减振装置、增大颗粒阻尼装置等。

综上所述，本发明提供一种用于藏品防振的约束阻尼展柜及设计方法，通过在约束阻尼展柜的竖向侧壁的主受力构件上设置约束阻尼构造，使展柜具有很好的振动抑制效果；并且给出了新型约束阻尼展柜的设计方法。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种约束阻尼展柜，用于在展柜中的藏品防振，其特征在于，所述约束阻尼展柜包括：竖向承重构件、高阻尼材料层和约束层；其中，在竖向承重构件的表面牢固粘贴高阻尼材料层，在高阻尼材料层的外表面粘贴约束层，从而在约束阻尼展柜的竖向侧壁形成约束阻尼构造；所述约束层的平面外方向的抗弯刚度不大于所粘贴的竖向承重构件的抗弯刚度的1/100，不小于1/10000；根据约束阻尼构造的参数，布置约束阻尼构造后的约束阻尼展柜的减振效率η满足η≥20％；约束阻尼构造的参数包括高阻尼材料层的长度、宽度、厚度、损耗因子、约束层的平面外方向的抗弯刚度和竖向承重构件的抗弯刚度。

2.如权利要求1所述的约束阻尼展柜，其特征在于，所述高阻尼材料层与竖向承重构件和约束层之间为无间隙连接，采用粘接或硫化连接。

3.如权利要求1所述的约束阻尼展柜，其特征在于，所述高阻尼材料层采用损耗因子不小于0.4的材料；厚度不大于4mm。

4.如权利要求3所述的约束阻尼展柜，其特征在于，所述高阻尼材料层采用损耗因子不小于0.7的材料。

5.如权利要求1所述的约束阻尼展柜，其特征在于，所述约束层的材料采用防腐性能良好的材料。

6.如权利要求1所述的约束阻尼展柜，其特征在于，所述约束层的厚度取与高阻尼层的厚度相同。

7.如权利要求1所述的约束阻尼展柜，其特征在于，所述竖向承重构件为竖向承重杆件，或者为竖向承重板件。

8.如权利要求1所述的约束阻尼展柜，其特征在于，所述约束层的面积等于或略大于高阻尼材料层的面积。

9.一种权利要求1所述的约束阻尼展柜的实现方法，包括以下步骤：

1)确定约束阻尼展柜中馆藏文物能够承受的振动响应安全限值[U_w]；确定约束阻尼展柜安放处楼面的振动量值U_F；针对约束阻尼展柜固定于楼面的情况，计算分析或者通过试验确定约束阻尼展柜的动力放大系数β，所述约束阻尼展柜的动力放大系数β为藏品展台的振动响应与约束阻尼展柜安放处楼面对应方向振动响应的比值；

2)设计约束阻尼构造，根据约束阻尼构造的参数，计算分析或者试验测定布置约束阻尼构造后的约束阻尼展柜的减振效率η，布置约束阻尼构造后的约束阻尼展柜的减振效率η满足η≥20％，如果η不小于50％，取η＝50％进行后续计算，所述约束阻尼构造的参数包括高阻尼材料层的长度、宽度、厚度、损耗因子、约束层的平面外方向的抗弯刚度和竖向承重构件的抗弯刚度；

3)当U_F×β×η≤0.5[U_w]时，转到步骤2)，减小约束阻尼构造的参数值；当η小于50％、且U_F×β×η>[U_w]时，转到步骤2)，增大约束阻尼构造的参数值；当η不小于50％、且U_F×β×0.5≤[U_w]时，以步骤2)的结果作为约束阻尼构造的最终参数值；当η不小于50％、且U_F×β×0.5>[U_w]时，以步骤2)结果作为约束阻尼构造的最终参数值，此时约束阻尼构造不足以满足馆藏文物安全性，应将约束阻尼与其他可移动文物减振、隔振措施共同使用。