抗震加固,老豫博“补钙”迎新局
发布日期:2024-11-27 09:47:45 信息来源:省应急管理厅

这几年,各地博物馆实在是太火了,有媒体称“博物馆里长满了人”,无论是能搬回家的文创“博物馆”,还是展厅里突破视觉想象的精品展览,都吸引着 大家的目光。


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文创也做得风生水起,吸引参观群众进货式购买(图片来源:网友@Konoe)


       今天要说的是见证中华文明发展轨迹的河南博物院,我们不讲馆藏精品文物数量有多多、种类有多全、品位有多高、价值有多大,要说的是老豫博“补钙”的事。


  河南博物馆现址1998年5月1日落成开放,后因年久老化,于2015年7月闭馆改造施工。这一维修不要紧,工作人员发现混凝土构件不能满足现行抗震鉴定标准要求,换句话说,就是主展馆不够结实,需要进行抗震加固“补补钙”。这样一来,最初预计18个月的工期又要延长半年,但为了生命财产和历史文物的安全,必须进行抗震加固。


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河南博物院新颜(图片来源:网络)


  在探索房屋抗震加固的奥秘时,我们可以将其核心策略精炼为两大方法。

  第一种聚焦于“强化内功”,即致力于提升房屋结构构件的坚固程度,使之在地震的严峻考验下依然屹立不倒。这仿佛是为房屋穿上了一层“战衣”,确保即便在地震的强烈冲击下,结构也能保持完整或至少具备一定的形变能力,有效防止房屋轰然倒塌。这种方法,其核心在于通过加固手段,让房屋自身成为抵御地震的“坚固堡垒”。


 而第二种,则巧妙地采取了“以柔克刚”的策略——消能减震,即减少地震波动对房屋施加的力量,从而实现对房屋结构本身的“轻量化”加固。这好比为房屋安装了一套减震器,通过科学设计,让房屋在地震中能够灵活应对,吸收并分散地震能量,减少对结构的直接冲击,控制结构的变形。


  河南博物馆采用了双管齐下的方法,主要框架使用传统加固方法——外包钢加固法。这种方法通过在原构件的外表面包裹一层钢板,利用钢板的强度和刚度来增强原构件的受力性能。河南博物馆的地下一层、地上一至五层矩形柱采用外包钢加固,圆柱采用增大截面法加固,4个落地斜柱采用满包钢板加固。由于施工过程相对简单,它不会对环境造成太大的影响,同时成本也相对较低。更重要的是,这种方法并不会显著增加原构件的截面尺寸和自重。经过实践验证,这种方法在提高受压构件的承载力、刚度及延性方面表现出色。


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外包钢加固技术示意图(来源:来自网络)


  其次使用消能减震技术,在主展厅建筑增设粘滞阻尼器,主要安装在地上一至二层建筑受力负荷较大的位置,采用人字形钢结构支撑式布置,与框架受力构件相连接,共安装20套,既减小结构在地震作用下的响应,也不影响建筑使用功能。


 说到粘滞阻尼器,值得跟大家详细说说。


 在物理学中,有一个有趣的现象,那就是自由振动的物体会逐渐减速并最终停止,这种使振动逐渐衰减的力量,我们称之为“阻尼”。想象一下,当你摇动一个秋千,随着时间的推移,秋千的摆动幅度会越来越小,直至完全停止,这就是阻尼在起作用。


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牛顿球最终会停摆(来源:来自网络)


  阻尼的来源多种多样,其中摩擦是最常见的一种。在工程领域,人们巧妙地利用阻尼的原理,设计出了阻尼器,它就像是一个“能量吸尘器”,专门吸收并耗散结构中的振动能量。


  粘滞阻尼器是怎么工作的呢?当结构受到外力作用而产生振动时,粘滞阻尼器中的活塞会在油缸内往复运动。这一运动迫使阻尼介质在两个分隔的腔体内迅速流动,当流体通过活塞上的节流孔隙时,会产生剧烈的摩擦,这种摩擦会产生巨大的阻尼力,不仅消耗了地震能量,还将其转化为热能释放到周围环境中。通过这种方式,阻尼器能有效减轻结构在地震或风力作用下的振动反应,保护建筑物的安全。

640粘滞阻尼器工作示意图


  冷冰冰的钢筋水泥和复杂的设计图纸,是很多人对抗震加固技术的印象,但其实背后蕴含着无数智慧。在更多博物馆里,工程师怀揣着对文化遗产的深情厚意,通过抗震技术默默守护这些承载着历史与记忆的瑰宝,将故事继续讲给未来的我们听。