一種石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提出一種石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，屬于露天石質大型文物保護設備技術領域，該裝置包括柱體補強系統和抗震吸能系統，所述的柱體補強系統套于被保護柱體文物外側，所述的抗震吸能系統包括第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱，分別設置于被保護柱體文物的兩側；本發明整體結構設計具有良好的穩定性，內部灌注的水泥砂漿在大幅度提高立柱巖體強度的同時，添補柱體中的大裂隙，增強立柱巖體與上部窟體間穩定性；本發明徹底隔絕雨水、大氣與立柱巖體文物的直接接觸，從根本上消除風化的形成條件，防止立柱巖體文物的二次風化；本發明從最大程度上避免立柱巖體文物因地震引發的破壞和人員的傷亡事故發生。
【專利說明】
一種石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置
技術領域
[0001]本發明屬于露天石質大型文物保護設備技術領域，具體涉及一種石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置。
【背景技術】
[0002]作為無法移動的露天大型文物的石窟立柱巖體，長期受地質營力和環境因素變化等各種自然因素的影響，立柱巖體表面存在著風化、大裂隙等病害。大量的地震研究資料表明，受地震波影響易在立柱巖體中存在裂隙、蝕變帶、節理、斷層等地質軟弱構造面發生破壞，而我國近70%的石窟分布在高烈度地區和地震多發區，因此，開展石窟立柱巖體文物的保護和抗震技術的研究至關重要、意義重大。
[0003]目前，對于石窟立柱巖體文物的保護和抗震技術的研究主要分兩種途徑:1、應用環氧樹脂等化學材料對立柱巖體中的裂隙進行灌漿粘接加固；2、應用錨桿加固的方法，把立柱巖體和立柱巖體支撐的上部窟體固定，應用環氧樹脂將金屬錨桿、立柱巖體、上部窟體三者粘合為一體，從而對其進行修護。但對于已風化且風化病害較嚴重或裂隙較大的立柱巖體，其對上部窟體支撐作用已相當有限，本身的強度和穩定性已成問題，故上述技術作用較小，已然不能適用;且尚未有對露天石質大型文物的抗震吸能方面的設計研究。
[0004]現實中，石窟立柱巖體文物受風化面的柱體開裂明顯，石雕表層缺失嚴重，部分已失去其藝術價值;故對立柱巖體表層風化十分嚴重且影響美學價值的或者是影響到立柱巖體文物穩定性的部位進行必要的補強和支護是不違背文物保護基本規則的。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明提出一種石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，以達到防止立柱巖體文物的二次風化，增強立柱巖體與上部窟體間穩定性的目的。
[0006]—種石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，該裝置包括柱體補強系統和抗震吸能系統，所述的柱體補強系統套于被保護柱體文物外側，所述的抗震吸能系統包括第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱，分別設置于被保護柱體文物的兩側；
[0007]所述的柱體補強系統包括半圓管形鋼體、多個半圓箍和多個半環狀鈦合金支撐板條，其中，在半圓管形鋼體內側的不同高度分別設置半環狀鈦合金支撐板條，在半圓管形鋼體的不同高度分別通過螺栓連接半圓箍；
[0008]所述的第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱結構相同，均包括鋼管混凝土柱、螺旋式千斤頂、支撐底板、熱卷彈簧和鋼帶凹槽支撐面板，其中，所述的鋼管混凝土柱放置于被保護柱體文物的兩側的地面，鋼管混凝土柱的上端設置有螺旋式千斤頂，螺旋式千斤頂的上端設置有支撐底板，支撐底板的上端設置有熱卷彈簧，熱卷彈簧的上端設置有鋼帶凹槽支撐面板。
[0009]所述的柱體補強系統還包括多根抗震鋼筋，所述的抗震鋼筋分別穿過多個半環狀鈦合金支撐板條。
[0010]在半環狀鈦合金支撐板條與被保護柱體文物之間形成的空間內注入水泥砂漿。
[0011]所述的鋼帶凹槽支撐面板上端設置有緩沖面板。
[0012]所述的熱卷彈簧，其上端設置有鋼珠載具，鋼珠載具上端的多個凹槽中設置有鋼珠。
[0013]所述的熱卷彈簧，其固有頻率大于20Hz。
[0014]所述的抗震吸能系統設置有外殼。
[0015]所述的緩沖面板采用橡膠面板。
[0016]所述的鋼珠載具與鋼珠之間設置有潤滑層。
[0017]本發明優點:
[0018]1、本發明整體結構設計具有良好的穩定性，內部灌注的水泥砂漿在大幅度提高立柱巖體強度的同時，添補柱體中的大裂隙，增強立柱巖體與上部窟體間穩定性；
[0019]2、本發明徹底隔絕雨水、大氣與立柱巖體文物的直接接觸，從根本上消除風化的形成條件，防止立柱巖體文物的二次風化；
[0020]3、本發明外表面涂抹一層顏色與立柱巖體文物顏色相近的水泥砂漿，在不破壞具有藝術價值的文物原貌的同時，遵從了 “與環境統一”的文物保護原則；
[0021]4、本發明從最大程度上避免立柱巖體文物因地震引發的破壞和人員的傷亡事故發生，且為露天石質大型文物的抗震吸能方面的設計研究提供了一種研究方向。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明一種實施方式的石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置整體結構框圖；
[0023]圖2為本發明一種實施方式的石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置立體圖；
[0024]圖3為本發明一種實施方式的柱體補強系統正視和側視圖；
[0025]圖4為本發明一種實施方式的柱體補強系統俯視圖；
[0026]圖5為本發明一種實施方式的第一抗震吸能柱或第二抗震吸能柱示意圖；
[0027]圖6為本發明一種實施方式的鋼珠載具與鋼珠結構關系示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明一種實施例做進一步說明。
[0029]本發明實施例中，如圖1和圖2所示，石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置包括柱體補強系統I和抗震吸能系統2，所述的柱體補強系統I套于被保護柱體文物7外側，所述的抗震吸能系統2包括第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱，分別設置于被保護柱體文物7的兩側；
[0030]本發明實施例中，如圖3和圖4所示，柱體補強系統I包括半圓管形鋼體3、多個半圓箍8和多個半環狀鈦合金支撐板條4，其中，在半圓管形鋼體3內側的不同高度分別焊接多層半環狀鈦合金支撐板條4，在半圓管形鋼體3的不同高度分別通過螺栓6連接半圓箍8;本發明實施例中，半圓管形鋼體3圓管內表面與立柱巖體文物7風化面相對應，間隔1.5m設置一個半環狀鈦合金支撐板條4;利用鋼體內半環狀鈦合金支撐板條4和半圓箍8相作用支護立柱巖體文物7;所述的柱體補強系I統還包括多根抗震鋼筋5，所述的抗震鋼筋5分別穿過多個半環狀鈦合金支撐板條4;本發明實施例中，對立柱巖體文物7風化面和半圓管形鋼體3內表面中半環狀鈦合金支撐板條4和連接抗震鋼筋5所在空間注入水泥砂漿。
[0031]本發明實施例中，半圓管形鋼體3外表面涂抹一層顏色與立柱巖體文物7顏色相近的水泥砂漿。
[0032]本發明實施例中，如圖5所示，第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱結構相同，均包括鋼管混凝土柱21、螺旋式千斤頂22、支撐底板23、熱卷彈簧24和鋼帶凹槽支撐面板27，其中，所述的鋼管混凝土柱21放置于被保護柱體文物7的兩側的地面，鋼管混凝土柱21的上端設置有螺旋式千斤頂22，螺旋式千斤頂22的上端設置有支撐底板23，支撐底板23的上端設置有熱卷彈簧24，熱卷彈簧24的上端設置有鋼帶凹槽支撐面板27;
[0033]本發明實施例中，如圖5和圖6所示，所述的鋼帶凹槽支撐面板27上端設置有緩沖面板28;緩沖面板28的材質為橡膠，橡膠是柔性材料，與上部窟體是面接觸，不會對上部窟體造成二次破壞；
[0034]本發明實施例中，如圖6所示，所述的熱卷彈簧24，其上端設置有鋼珠載具25，鋼珠載具25上端的多個凹槽中設置有鋼珠26;鋼珠載具25與鋼帶凹槽支撐面板27的凹槽配合使用，即鋼珠載具25可在鋼帶凹槽支撐面板27的凹槽內滑動，所述的鋼帶凹槽支撐面板27的凹槽的圓半徑是鋼管混凝土柱21半徑的4/3;
[0035]本發明實施例中，所述的鋼珠載具25為不銹鋼材料，鋼珠載具25與鋼珠26間涂有潤滑劑以減小摩擦;本發明通過鋼珠載具與支撐面板凹槽面相互滑動來抵消或減小水平地震載荷的作用。
[0036]本發明實施例中，抗震吸能系統建立后，通過螺旋式千斤頂22壓縮熱卷彈簧24后鎖住，使熱卷彈簧24保持壓縮狀態，使之對上部窟體有預應力的作用，用以抵消或減小地震載荷產生的應力。
[0037]本發明實施例中，熱卷彈簧的選取:大量的地震研究資料表明，地震波的頻率在20Hz以下，固為使抗震吸能系統發揮抗震吸能的作用須將熱卷彈簧的固有頻率應大于20Hz，以避免因地震波和熱卷彈簧的頻率相同而發生共振效應，進而發生破壞失去吸能作用。
[0038]熱卷彈簧的固有頻率η公式如下:
[0039]n = l/23i*(k/m)'0.5 (I)
[0040]從公式(I)中可以看出熱卷彈簧的固有頻率η和彈簧彈性系數k與彈簧自重m的比值有關，固針對熱卷彈簧的選取需依照上文所述綜合考慮。
[0041]本發明實施例中，抗震吸能系統可外設一層塑料或木質外殼，外殼可雕飾成與周圍文物相近的模樣，便以遵從“與環境統一”的文物保護原則。
【主權項】
1.一種石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，其特征在于，該裝置包括柱體補強系統和抗震吸能系統，所述的柱體補強系統套于被保護柱體文物外側，所述的抗震吸能系統包括第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱，分別設置于被保護柱體文物的兩側； 所述的柱體補強系統包括半圓管形鋼體、多個半圓箍和多個半環狀鈦合金支撐板條，其中，在半圓管形鋼體內側的不同高度分別設置半環狀鈦合金支撐板條，在半圓管形鋼體的不同高度分別通過螺栓連接半圓箍； 所述的第一抗震吸能柱和第二抗震吸能柱結構相同，均包括鋼管混凝土柱、螺旋式千斤頂、支撐底板、熱卷彈簧和鋼帶凹槽支撐面板，其中，所述的鋼管混凝土柱放置于被保護柱體文物的兩側的地面，鋼管混凝土柱的上端設置有螺旋式千斤頂，螺旋式千斤頂的上端設置有支撐底板，支撐底板的上端設置有熱卷彈簧，熱卷彈簧的上端設置有鋼帶凹槽支撐面板。2.根據權利要求1所述的石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，其特征在于，所述的柱體補強系統還包括多根抗震鋼筋，所述的抗震鋼筋分別穿過多個半環狀鈦合金支撐板條。3.根據權利要求1所述的石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，其特征在于，在半環狀鈦合金支撐板條與被保護柱體文物之間形成的空間內注入水泥砂漿。4.根據權利要求1所述的石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，其特征在于，所述的鋼帶凹槽支撐面板上端設置有緩沖面板。5.根據權利要求1所述的石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，其特征在于，所述的熱卷彈簧，其上端設置有鋼珠載具，鋼珠載具上端的多個凹槽中設置有鋼珠。6.根據權利要求1所述的石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，其特征在于，所述的熱卷彈簧，其固有頻率大于20Hz。7.根據權利要求1所述的石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，其特征在于，所述的抗震吸能系統設置有外殼。8.根據權利要求6所述的石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，其特征在于，所述的緩沖面板采用橡膠面板。9.根據權利要求7所述的石窟立柱巖體文物的抗震補強裝置，其特征在于，所述的鋼珠載具與鋼珠之間設置有潤滑層。
【文檔編號】E04G23/02GK105926975SQ201610487652
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】王來貴, 任彥錦, 劉向峰, 習彥會, 潘紀偉, 鄭帥, 陳強
【申請人】遼寧工程技術大學