CN113068971B - 一种木质变曲率滚动式摩擦摆文物隔震装置 - Google Patents

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Abstract

一种木质变曲率滚动式摩擦摆文物隔震装置，包括由下至上依次设置的下轨道装置、滚动装置和上轨道装置；所述下轨道装置包括下轨道围合板，所述下轨道围合板内部设置有木质变曲率轨道一和木质竖向抗拔弧面板；所述上轨道装置包括上轨道围合板，所述上轨道围合板内部设置有木质变曲率轨道二和减震橡胶垫，所述上轨道围合板顶部为上承台板。本发明基于变曲率摩擦摆对地震激励频率范围低敏感性和高稳定性，及自复位功能进行设计；采用木质变曲率轨道，可以提高隔震装置的耗能能力；滚动摩擦代替滑动摩擦，能够提高装置的灵敏性。

Description

一种木质变曲率滚动式摩擦摆文物隔震装置
技术领域
本发明涉及建筑文物保护技术领域，特别涉及一种木质变曲率滚动式摩擦摆文物隔震装置。
背景技术
博物馆展陈文物时，为了追求文物的展陈美观，多以浮放为主。使得文物在地震作用下将存在巨大的安全隐患，尤其是陶瓷类文物，一旦震害发生将是不可逆的。以往的文物保护研究多集中于文物的本身，如防腐、防火等研究，而对文物的抗震、减隔震研究明显不足。而传统的文物抗震措施产生于实践经验，缺乏科学依据，如若采用的保护措施不适当，甚至会对文物本身造成危害。
我国研究学者研发的文物减隔震装置大多数在基于摩擦摆隔震的原理上，引入弹簧、阻尼器等构件以提高装置自动复位能力和耗能能力。但却暴露出水平解耦能力和抗扭转性能差、稳定性低等问题，或是隔震的装置构造复杂，制作成本较高等原因导致自主研发的文物隔震装置未能在国内的馆藏文物预防性防震保护中得到广泛的应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种木质变曲率滚动式摩擦摆文物隔震装置，基于变曲率摩擦摆对地震激励频率范围低敏感性和高稳定性，及自复位功能进行设计；采用木质变曲率轨道，可以提高隔震装置的耗能能力；滚动摩擦代替滑动摩擦，能够提高装置的灵敏性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种木质变曲率滚动式摩擦摆文物隔震装置，包括由下至上依次设置的下轨道装置1、滚动装置2和上轨道装置3；
所述下轨道装置1包括下轨道围合板6，所述下轨道围合板6内部设置有木质变曲率轨道一4(轨道方向沿y方向)和木质竖向抗拔弧面板5；
所述上轨道装置3包括上轨道围合板11，所述上轨道围合板11内部设置有木质变曲率轨道二14(轨道方向沿x方向)和减震橡胶垫13，所述上轨道围合板11顶部为上承台板12。
所述滚动装置2包括中间承台板10，中间承台板10的上下表面设置有轴承支座7，所述每一面的轴承支座7设置有四个，分别两两对称设置，所述上下表面的轴承支座7正交设置，轴承支座7的圆形容腔内装有滚动轴承8，滚动轴承8上穿过滚动轴芯9。
隔震支座为滚动式，轴芯9在轨道上滚动，滚动轴承8起到一个支撑作用，支撑轴芯9。
所述滚动装置的滚动轴芯9总长为488mm，直径为8mm，滚动轴芯9的两个杆端装有波珠螺丝15定位，防止滚动轴芯9偏离轨道而不能复位。
所述上轨道装置3的木质变曲率轨道二14与下轨道装置1的木质变曲率轨道一4正交相对放置，双轨道实现滚动轴芯9的相对滚动。
所述减震橡胶垫13位于上轨道3的木质变曲率轨道二14与上轨道围合板11相交的四个角点处，并与木质变曲率轨道二14的底部固定；上承台板12位于减震橡胶垫13之上。
所述木质变曲率轨道一4和木质变曲率轨道二14为双轨道，总长为500mm；单个轨道由圆弧段和直线段构成，总长250mm，宽50mm，高20mm；圆弧段半径为1500mm，长为150mm，圆弧最低点高15mm；直线段为圆弧段在过渡点的切线段，过渡处高1.88mm，斜率为0.05，长度为50mm，高出弧面5.0mm。采用变曲率轨道克服了传统摩擦摆支座的共振问题，并且使摩擦摆在地震波作用下具有自复位性。
所述木质变曲率轨道一4位于木质竖向抗拔弧面板5的正下方，中间留有高10mm，宽50mm的滚动容腔。
所述波珠螺丝15包括波珠16、弹簧17、壳体18，所述壳体18内部设置有弹簧槽，弹簧槽内部设有弹簧17，弹簧17左端设有波珠16。
本发明的有益效果：
本发明利用变曲率摩擦摆隔震原理，提高隔震装置的频率适用范围；采用木质变曲率轨道，可以提高隔震装置的耗能能力；采用竖向抗拔弧面板保证装置在使用过程中的竖向稳定性；采用竖向减震橡胶垫可以减小装置在使用过程中的颠簸现象，进一步降低文物发生震害的风险。构造简单，各部件均通过机械连接，便于检查构件的磨损情况以及更换构件。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明正视图。
图3为本发明俯视图。
图4为本发明滚动装置结构示意图。
图5为本发明A-A剖面图。
图6为木质变曲率轨道三视图。
图7为木质竖向抗拔弧面板三视图。
图8为轴承支座结构示意图。
图9为波珠螺丝示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-图3所示，本发明为一种木质变曲率滚动式摩擦摆文物隔震装置，主要用于文物水平方向的隔震，隔震支座包括：下轨道装置1、滚动装置2以及上轨道装置3。上轨道装置3和下轨道装置1的变曲率轨道二14和变曲率轨道一4为正交关系。滚动装置2的中间承台板10上下两面为由带有滚动轴承8的轴承支座7，内嵌滚动轴芯9。木质变曲率轨道和竖向抗拔弧面板为松木，其他材料均为不锈钢；上承台板，中间承台板，上轨道围合板，下轨道纵向围合板，下轨道横向围合板均为不锈钢板；连接用的木螺丝为M4*12的开槽圆头钉；用于固定下轴承支座的螺杆为M4*25的六角头螺栓；用于固定上轴承支座的螺杆为M4*10的六角头螺栓；螺母均为M4-S六角薄螺母。
如图4、图8所示，所述滚动装置2包括中间承台板10，中间承台板10的上下表面设置有轴承支座7，所述每一面的轴承支座7设置有四个，分别两两对称设置，所述上下表面的轴承支座7正交设置，轴承支座7的圆形容腔内装有滚动轴承8；滚动轴承8上穿过滚动轴芯9，所述滚动轴承8形成双轨道，双轨道实现滚动轴芯9的相对滚动。
所述滚动轴芯9的两个杆端装有波纹螺丝15。
如图5所示，减震橡胶垫13位于上轨道3的木质变曲率轨道二14与上轨道围合板11相交的四个角点处，并与木质变曲率轨道二14的底部固定；上承台板12位于减震橡胶垫13之上。
图6为本发明的变曲率轨道三视图。木质变曲率轨道一4和变曲率轨道二14为双轨道，总长为500mm；单个轨道由圆弧段和直线段构成，总长250mm，宽50mm，高20mm；圆弧段半径为1500mm，长为150mm，圆弧最低点高15mm；直线段为圆弧段在过渡点的切线段，过渡处高1.88mm，斜率为0.05，长度为50mm，高出弧面5.0mm。
图7为木质竖向抗拔弧面板三视图。木质变曲率轨道一4位于木质竖向抗拔弧面板5的正下方，中间留有高10mm，宽50mm的滚动容腔。
图9为波珠螺丝示意图。滚动轴芯9的杆端装有波珠螺丝15定位，防止滚动轴芯9偏离轨道而无法复位。
综上，本发明利用变曲率摩擦摆隔震原理，提高隔震装置的频率适用范围；采用木质变曲率轨道，可以提高隔震装置的耗能能力；滚动摩擦代替滑动摩擦，能够提高装置的灵敏性；上承台板放置于竖向减震橡胶垫之上，可以减小装置在使用过程中的颠簸现象，进一步降低文物发生震害的风险。构造简单，各部件均通过机械连接，便于检查构件的磨损情况以及更换构件。
本发明的工作原理：
整体来看，本发明为水平隔震支座，其作用机理：当地震作用发生时，滚动轴芯9在正交的木质变曲率摩擦摆轨道上滚动，阻断上部结构与隔震层之间水平剪力的传递来实现隔震，两层滚轴支承实现水平方向的解耦，对水平两个正交方向的地震作用分别进行隔震；滚动轴芯9两个杆端都设置有波纹螺丝15，防止滚动轴芯9位移过大偏离轨道而无法复位。采用竖向减震橡胶垫13可以减小装置在使用过程中的颠簸现象，进一步降低文物发生震害的风险。

Claims (4)

1.一种木质变曲率滚动式摩擦摆文物隔震装置，其特征在于，包括由下至上依次设置的下轨道装置(1)、滚动装置(2)和上轨道装置(3)；
所述下轨道装置(1)包括下轨道围合板(6)，所述下轨道围合板(6)内部设置有木质变曲率轨道一(4)和木质竖向抗拔弧面板(5)；
所述上轨道装置(3)包括上轨道围合板(11)，所述上轨道围合板(11)内部设置有木质变曲率轨道二(14)和减震橡胶垫(13)，所述上轨道围合板(11)顶部为上承台板(12)；
所述滚动装置(2)包括中间承台板(10)，中间承台板(10)的上下表面设置有轴承支座(7)，所述上下表面的每一面的轴承支座(7)设置有四个，分别两两对称设置，所述上下表面的轴承支座(7)正交设置，轴承支座(7)的圆形容腔内装有滚动轴承(8)，滚动轴承(8)上穿过滚动轴芯(9)；
所述上轨道装置(3)的木质变曲率轨道二(14)与下轨道装置(1)的木质变曲率轨道一(4)正交相对放置；所述木质变曲率轨道一(4)和木质变曲率轨道二(14)为双轨道，双轨道实现滚动轴芯(9)的相对滚动；单个轨道由圆弧段和直线段构成，直线段为圆弧段在过渡点的切线段；
所述减震橡胶垫(13)位于上轨道装置(3)的木质变曲率轨道二(14)与上轨道围合板(11)相交的四个角点处，并与木质变曲率轨道二(14)的底部固定；上承台板(12)位于减震橡胶垫(13)之上。
2.根据权利要求1所述的一种木质变曲率滚动式摩擦摆文物隔震装置，其特征在于，所述滚动装置的滚动轴芯(9)总长为488mm，直径为8mm，滚动轴芯(9)的两个杆端装有波珠螺丝(15)定位，防止滚动轴芯(9)偏离轨道。
3.根据权利要求2所述的一种木质变曲率滚动式摩擦摆文物隔震装置，其特征在于，所述波珠螺丝(15)包括波珠(16)、弹簧(17)、壳体(18)，所述壳体(18)内部设置有弹簧槽，弹簧槽内部设有弹簧(17)，弹簧(17)左端设有波珠(16)。
4.根据权利要求1所述的一种木质变曲率滚动式摩擦摆文物隔震装置，其特征在于，所述木质变曲率轨道一(4)位于木质竖向抗拔弧面板(5)的正下方，中间留有高10mm，宽50mm的滚动容腔。
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