支架固定館藏人物俑文物振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究

摘要： 為研究博物館最常用的支架固定措施固定館藏人物俑文物的抗震有效性，開展了兩類典型體型易損、材質(zhì)易損人物俑文物復(fù)制品?支架固定措施抗震系統(tǒng)足尺振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。獲得了人物俑在不同工況下的地震響應(yīng)及人物俑與支架間的相互作用，探討人物俑關(guān)鍵體型參數(shù)、金屬支架卡固位置、支架尺寸、固定措施與人物俑間安裝縫隙對(duì)該類文物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響，評(píng)估了支架固定措施的抗震有效性并提出了合理建議，為兼顧安全性及最小干預(yù)原則的支架固定人物俑文物的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供必要依據(jù)。研究結(jié)果表明：浮放人物俑均發(fā)生傾覆，具有極大震損風(fēng)險(xiǎn)；采用支架固定后可有效降低人物俑的搖擺響應(yīng)，隨著人物俑復(fù)制品的質(zhì)心高度與底座寬度比值增加以及其質(zhì)量增大，較小尺寸支架發(fā)生明顯塑性變形甚至根部斷裂，導(dǎo)致人物俑傾覆并損壞；隨著支架尺寸的增加，其對(duì)文物固定效果的提高作用有限，基于文物保護(hù)最小干預(yù)原則，綜合考慮文物的抗震安全及藝術(shù)展示效果，優(yōu)化支架尺寸；支架固定人物俑肩部時(shí)，人物俑搖擺響應(yīng)得到一定控制，但隨著支架固定位置的提高，人物俑滑移響應(yīng)愈加明顯；當(dāng)支架與人物俑相互作用時(shí)，人物俑表面出現(xiàn)明顯損傷，在兩者縫隙填充硅膠墊，人物俑的搖擺響應(yīng)和滑移響應(yīng)分別降低近40%和50%，支架根部應(yīng)變下降近40%，人物俑與支架接觸處應(yīng)變下降近60%，有效提高了支架固定措施的抗震有效性。

關(guān)鍵詞： 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)；"館藏人物俑文物；"金屬支架；"抗震有效性；"減震措施

中圖分類號(hào)： TU352.11 """文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A """文章編號(hào)： 1004-4523（2024）08-1409-14

DOI："10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2024.08.015

1 概""述

歷經(jīng)千年歷史的人物俑，是中國(guó)非常寶貴的文化遺產(chǎn)。當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，文物的主要運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括搖擺、滑移、扭轉(zhuǎn)等^［1?6］。人物俑文物質(zhì)心高度與底座寬度的比值較大，在地震作用下容易發(fā)生傾覆破壞，屬于體型及材質(zhì)易損文物。同時(shí)，博物館中的人物俑文物展陳布置具有排列緊密的特點(diǎn)，若其中一個(gè)傾覆易導(dǎo)致成片損壞，從而造成非常嚴(yán)重的后果^［7］。在中國(guó)近二十年的幾次強(qiáng)烈地震作用下，相關(guān)區(qū)域博物館中的許多文物都受到了極大的破壞^［8?11］，如2008年汶川8.0級(jí)地震中部分博物館秦俑受損嚴(yán)重^［7］；2021年四川瀘縣6.0級(jí)地震中可移動(dòng)文物與陳列臺(tái)連接的金屬卡件崩落等^［11］，引起了研究人員的高度重視。國(guó)家文物事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃中提出“加大保護(hù)力度，文物保護(hù)裝備研發(fā)”的迫切要求，《文物安全防控“十四五”專項(xiàng)規(guī)劃》^［12］中也明確要求建立健全的防災(zāi)體系，強(qiáng)化科技支撐。文獻(xiàn)［13］中提出，基于館藏文物安全需求，應(yīng)采取措施進(jìn)行隔震和消能減震，以降低文物地震響應(yīng)。為滿足上述需求，傳統(tǒng)固定措施^［14?17］與減隔震手段^［18?21］應(yīng)用于文物抗震保護(hù)，其中量大面廣的傳統(tǒng)固定措施（卡固件固定法、魚線栓綁法、支架固定法等）由于其價(jià)格低廉、構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝方便，在博物館布展中使用廣泛。近年來，已有學(xué)者^［15?17］對(duì)卡固件固定法、魚線栓綁法固定梅瓶類文物進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，結(jié)果表明優(yōu)化設(shè)計(jì)后的傳統(tǒng)固定措施能有效降低文物地震響應(yīng)。

然而，已有研究中缺少針對(duì)地震作用下體型及材質(zhì)易損人物俑文物的抗震固定措施研究。當(dāng)對(duì)人物俑文物采用魚線進(jìn)行栓綁固定時(shí)，人物俑在地震作用下仍會(huì)產(chǎn)生較大滑移與搖擺響應(yīng)甚至傾覆，且其固定所需面積大，不符合博物館中人物俑緊密陳列的擺放方式，如圖1所示。同時(shí)，固定措施失效后文物復(fù)制品破損嚴(yán)重，如圖2所示。因此，館藏人物俑文物通常采用強(qiáng)度較高、占地面積較小的金屬支架固定，如圖3所示。然而，目前布展時(shí)針對(duì)不同類型、不同體型人物俑通常采用相同的支架形式與卡固方式，且支架尺寸較小，其在地震作用下易發(fā)生損壞，國(guó)內(nèi)外針對(duì)支架固定人物俑文物抗震效果的研究較少，針對(duì)不同體型人物俑的匹配支架，且現(xiàn)有研究中缺乏關(guān)于支架與文物相互作用的研究。因此迫切需要針對(duì)不同類型人物俑采用不同形式支架進(jìn)行固定時(shí)的抗震效果進(jìn)行深入探究，為博物館保護(hù)人物俑類地震易損文物提供科學(xué)有效的建議和優(yōu)化措施。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文綜合考慮人物俑體型、高度、質(zhì)量，支架尺寸，卡固位置，有/無硅膠墊、地震波類型、作用方向以及強(qiáng)度等影響因素，對(duì)支架固定典型人物俑地震易損文物復(fù)制品進(jìn)行足尺振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，獲得人物俑復(fù)制品的地震響應(yīng)、支架根部應(yīng)變變化，以及支架與人物俑復(fù)制品接觸處人物俑表面應(yīng)變變化，探討支架固定人物俑的抗震效果，對(duì)現(xiàn)有博物館中人物俑固定方式進(jìn)行抗震有效性判別，提出支架固定人物俑的優(yōu)化方案，為館藏人物俑文物的布展設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

2 支架固定館藏人物俑復(fù)制品振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x取及支架設(shè)計(jì)

根據(jù)人物俑文物在博物館中的陳列調(diào)研結(jié)果，綜合考慮地震作用下館藏文物材質(zhì)易損和體型易損的特點(diǎn)，選取了兩類典型體型的人物俑復(fù)制品，并針對(duì)不同人物俑高度，選取具有代表性的5個(gè)足尺人物俑復(fù)制品，如圖4（a）所示，幾何參數(shù)如表1～2所示。博物館對(duì)上述5種人物俑文物多采用直徑5"mm金屬支架卡固腰部，支架根部通過螺紋連接于臺(tái)面，本次試驗(yàn)中支架設(shè)計(jì)選用金屬材質(zhì)（彈性模量為200 GPa，屈服強(qiáng)度為400 MPa），如圖4（b）所示。同時(shí)，為研究支架卡固腰部的抗震有效性、卡固其他部位（肩部）對(duì)人物俑文物動(dòng)力響應(yīng)的影響和不同直徑支架對(duì)人物俑文物的固定效果等，支架高度與尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示。為與實(shí)際展陳固定方式保持一致，試驗(yàn)中魚線沿支架環(huán)開口方向約束人物俑復(fù)制品，支架桿與環(huán)、底板通過螺紋連接，底板固定于振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面，如圖5所示。

2.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

試驗(yàn)主要儀器設(shè)備包括水平地震模擬振動(dòng)臺(tái)、藍(lán)牙數(shù)字傾角儀、朗斯加速度傳感器、東方所COINV采集儀、東華應(yīng)力應(yīng)變動(dòng)態(tài)采集儀、松下激光位移傳感器、拉力計(jì)、亞克力陳列臺(tái)座、龍門架、魚線、熱熔膠槍、120?3AA應(yīng)變片等，測(cè)試儀器布置圖如圖5所示。

2.3 測(cè)量?jī)?nèi)容與測(cè)量方案

《館藏文物防震規(guī)范》（WW/T 0069—2015）^［22］中提出，為防止地震發(fā)生時(shí)文物的損壞、滑移、傾覆、搖晃或扭轉(zhuǎn)，首先考慮合適的傳統(tǒng)措施；針對(duì)珍貴文物需要采用試驗(yàn)分析法分析館藏文物的地震作用效應(yīng)。在性能目標(biāo)要求中也提出在發(fā)生罕遇地震時(shí)文物不傾覆，僅發(fā)生有限滑移（不發(fā)生碰撞）并且不損壞，保護(hù)措施不應(yīng)對(duì)文物造成額外損傷。因此本次試驗(yàn)測(cè)量?jī)?nèi)容主要包括文物復(fù)制品的轉(zhuǎn)角、底部滑移、支架根部的應(yīng)變和支架與復(fù)制品表面接觸處的應(yīng)變、施加地震波時(shí)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面加速度以及人物俑復(fù)制品與臺(tái)面的摩擦系數(shù)。

由于支架環(huán)開口具有方向性，試驗(yàn)過程中分別施加X向與Y向的單向地震波，考察不同方向的地震響應(yīng)以及文物復(fù)制品與固定措施的相互作用。以采用支架固定的5號(hào)武士俑復(fù)制品肩部為例，X向與Y向說明及人物俑復(fù)制品與支架上應(yīng)變片編號(hào)如圖6所示，各測(cè)量?jī)x器監(jiān)測(cè)內(nèi)容如表4所示。

在單向地震波作用下，由于人物俑復(fù)制品體型分布不均勻，X和Y向上均會(huì)發(fā)生滑移，因此用兩個(gè)方向的合位移來反映人物俑的滑移。限于篇幅，采用地震波加載方向的文物復(fù)制品轉(zhuǎn)角進(jìn)行分析（主控轉(zhuǎn)角）。在試驗(yàn)前采用拉力計(jì)對(duì)5種文物復(fù)制品與亞克力臺(tái)面間的摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，每種接觸關(guān)系測(cè)量6次并取平均值，最終摩擦系數(shù)取值如表5所示。

2.4 地震波選取與試驗(yàn)工況

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）^［23］的選波原則，綜合文獻(xiàn)［24］選擇采用Newmark三聯(lián)譜為目標(biāo)譜的選波方法，從美國(guó)太平洋地震工程中心的強(qiáng)震記錄數(shù)據(jù)庫(kù)（PEER/NGA）中下載7個(gè)臺(tái)站的雙向水平記錄，以No.1～No.7對(duì)其進(jìn)行編號(hào)，如表6所示。試驗(yàn)時(shí)考慮到振動(dòng)臺(tái)雙向位移限值，因此選擇前3條地震波（No.1～No.3）作為本次試驗(yàn)所用地震波，對(duì)每條地震波進(jìn)行調(diào)幅。為重點(diǎn)探究不同體型和尺寸人物俑文物復(fù)制品在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)以及不同參數(shù)支架的抗震固定效果，進(jìn)一步降低博物館建筑結(jié)構(gòu)和展柜對(duì)人物俑文物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響，參考某博物館的首層地面沿墻區(qū)域放置的人物俑文物，振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)工況邊界條件與此相似。

以某抗震設(shè)防烈度為8度地區(qū)的博物館為原型，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）^［23］的規(guī)定，多遇、設(shè)防及罕遇地震加速度峰值分別為0.07g，0.2g及0.4g（g=9.8 m/s²）。為檢驗(yàn)支架固定人物俑在強(qiáng)震作用下的有效性，增加抗震設(shè)防烈度為9度地區(qū)的罕遇地震加速度峰值0.62g作為8度地區(qū)的極罕遇地震加速度峰值。具體試驗(yàn)工況如表7所示。

3 支架固定館藏人物俑復(fù)制品振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 浮放人物俑復(fù)制品振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析

在進(jìn)行支架固定人物俑復(fù)制品試驗(yàn)前，先將5種人物俑復(fù)制品浮放于振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面，如圖7所示。分別輸入No.1～No.3地震波，探究浮放人物俑在地震波作用下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，結(jié)果如表8所示。以No.1地震波作用下浮放人物俑復(fù)制品為例，其搖擺響應(yīng)時(shí)程曲線如圖8所示。

結(jié)合表8和圖8可知，浮放人物俑文物復(fù)制品在強(qiáng)烈地震作用下均發(fā)生傾覆，具有極大的震損風(fēng)險(xiǎn)，且當(dāng)人物俑的質(zhì)心高度與底座寬度的比值和質(zhì)量越大，人物俑越易傾覆。因此亟需針對(duì)該體型易損及材質(zhì)易損人物俑文物的有效抗震固定措施進(jìn)行深入研究。

3.2 支架固定人物俑復(fù)制品試驗(yàn)現(xiàn)象分析

3條地震波作用下文物復(fù)制品的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律相似，限于篇幅，以No.1和No.3地震波作用為例，5種人物俑復(fù)制品在地震波作用下的典型運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖9所示。

結(jié)合圖9可得：

（1）"對(duì)比圖9（a）與（c）以及圖9（n）與（o），在不同體型的人物俑復(fù)制品中，當(dāng)人物俑復(fù)制品的質(zhì)心高度與底座寬度的比值較小且自身質(zhì)量較輕時(shí)，支架的保護(hù)效果較好，地震作用過程中人物俑復(fù)制品發(fā)生搖晃幅度小，在地震波作用結(jié)束后，人物俑復(fù)制品恢復(fù)至初始位置。

（2）"如圖9（c）～（d）和9（g）～（j）所示，當(dāng)?shù)卣鸩铀俣确逯颠_(dá)到0.62g時(shí)，采用支架固定后，較大尺寸的高420 mm和高600 mm武士俑復(fù)制品均未發(fā)生傾覆，但沿支架支撐方向產(chǎn)生滑移和扭轉(zhuǎn)，在地震波作用結(jié)束后，兩種武士俑復(fù)制品均未能恢復(fù)至初始位置，具有較大的殘余變形。對(duì)比圖9（c）～（d）和9（i）～（j），當(dāng)人物俑復(fù)制品重心位置較高時(shí)，支架固定在腰部時(shí)對(duì)人物俑復(fù)制品的搖擺限制較弱；當(dāng)?shù)卣鸩铀俜逯递^高時(shí)，人物俑復(fù)制品更容易發(fā)生大幅度搖擺。

（3）"人物俑復(fù)制品體型越高、質(zhì)量越大，對(duì)支架的尺寸要求越高。如圖9（g）所示，5號(hào)人物俑復(fù)制品在地震波作用下發(fā)生較大搖擺時(shí)，支架出現(xiàn)明顯的彎曲變形。由圖9（h）～（i）可得，當(dāng)?shù)卣鸩ㄑ刂Ъ苤畏较蜃饔脮r(shí)（Y方向），人物俑復(fù)制品未發(fā)生明顯扭轉(zhuǎn)；而當(dāng)?shù)卣鸩ㄑ卮怪敝Ъ芊较蜃饔脮r(shí)（X方向），人物俑復(fù)制品更容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，主要是因?yàn)樵谌宋镔笍?fù)制品的側(cè)面無豎向支撐抵抗人物俑復(fù)制品產(chǎn)生的傾覆力矩。

（4）"圖9（e），（f），（m）說明較小尺寸支架固定較大體積文物時(shí)，支架桿極易發(fā)生較大塑性變形甚至斷裂，導(dǎo)致人物俑復(fù)制品發(fā)生傾覆，支架環(huán)在反復(fù)作用下發(fā)生不可恢復(fù)的塑性累積變形。

（5）"如圖9（n）～（p）所示，唐三彩人物俑復(fù)制品質(zhì)心高度/底面尺寸相對(duì)較小，在適合尺寸的支架固定下該類人物俑地震響應(yīng)相對(duì)較小，但由于其表面凹凸不平未能與支架環(huán)完全貼合，因此在加速度峰值較大時(shí)，仍會(huì)有較大搖擺與滑移響應(yīng)。

（6）"如圖9（k）所示，由于金屬支架與人物俑復(fù)制品相互作用，人物俑復(fù)制品表面發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷；圖9（l）中人物俑復(fù)制品發(fā)生顯著晃動(dòng)，與臺(tái)面多次碰撞，導(dǎo)致?lián)p壞。故需要進(jìn)一步分析文物與固定措施之間的相互作用，提出優(yōu)化建議，減小文物的局部損傷。

3.3 支架固定人物俑復(fù)制品試驗(yàn)結(jié)果分析

支架固定人物俑復(fù)制品代表性轉(zhuǎn)角時(shí)程曲線如圖10所示，不同人物俑復(fù)制品在地震波作用下的搖擺、滑移峰值對(duì)比如圖11所示。不同地震波作用對(duì)采用同一種固定措施人物俑復(fù)制品抗震效果的影響如圖12所示，其中5號(hào)武士俑在采用直徑5 mm支架固定時(shí)，支架發(fā)生斷裂，在采用直徑8"mm和10 mm支架卡固肩部時(shí)，經(jīng)歷前兩條地震波作用后，支架已經(jīng)進(jìn)入塑性變形階段，并未繼續(xù)加載第3條地震波。

結(jié)合圖11和12可得：

（1）支架支撐方向與地震波的作用方向是否一致對(duì)支架的抗震固定效果有一定影響：博物館為滿足布展需要將支架安裝于人物俑文物背面，以3號(hào)武士俑復(fù)制品和4號(hào)唐三彩人物俑復(fù)制品為例，如圖11（a）～（f）所示。當(dāng)支架支撐方向與地震波作用方向一致時(shí)（Y方向），人物俑復(fù)制品的主要運(yùn)動(dòng)方向與地震波方向平行，支架抵抗人物俑復(fù)制品傾覆力矩效果最優(yōu)；而當(dāng)?shù)卣鸩ㄗ饔梅较蚺c支架支撐方向相垂直時(shí)（X方向），人物俑復(fù)制品在主要運(yùn)動(dòng)方向上沒有足夠支撐，產(chǎn)生較大的搖擺與滑移。建議在支架固定人物俑時(shí)增加隨型卡固件固定人物俑底部，進(jìn)一步降低人物俑的地震響應(yīng)。

（2）固定人物俑選用的支架尺寸和卡固位置會(huì)對(duì)人物俑復(fù)制品地震響應(yīng)產(chǎn)生影響。以人物俑復(fù)制品在Y向地震波作用下采用3種不同尺寸支架固定時(shí)的峰值響應(yīng)為例，如圖11（g）～（p）所示。當(dāng)人物俑的高度與質(zhì)量較小時(shí)，如1號(hào)武士俑復(fù)制品與2號(hào)唐三彩人物俑復(fù)制品，選用5 mm支架就能夠起到較好的固定作用，增大支架直徑對(duì)其保護(hù)效果提升不明顯。當(dāng)人物俑高度與重量較大時(shí)，如3號(hào)、5號(hào)武士俑復(fù)制品和4號(hào)唐三彩人物俑復(fù)制品，直徑5"mm的支架固定效果明顯降低，出現(xiàn)較大的搖擺與滑移響應(yīng)，3號(hào)武士俑復(fù)制品在采用5 mm支架保護(hù)時(shí)該人物俑復(fù)制品搖擺產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角超過6°，在增大支架直徑至8 mm時(shí)，該武士俑復(fù)制品在加速度峰值0.62g時(shí)搖擺與滑移響應(yīng)分別下降近50%與40%，而繼續(xù)增加支架直徑至10 mm時(shí)，固定效果提升有限。當(dāng)加速度峰值達(dá)到0.62g時(shí)，人物俑復(fù)制品高度與質(zhì)量增加，采用直徑8 mm支架固定時(shí)支架進(jìn)入塑性，耗散部分能量，直徑10 mm支架仍處于彈性階段，同時(shí)，支架環(huán)在反復(fù)作用下發(fā)生不可恢復(fù)變形，在大震中人物俑復(fù)制品更容易掙脫支架固定，導(dǎo)致試驗(yàn)中10 mm支架固定人物俑復(fù)制品的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)增大，如圖11（i）～（l），（o）～（p）所示。5號(hào)武士俑復(fù)制品與4號(hào)唐三彩人物俑復(fù)制品的主要運(yùn)動(dòng)規(guī)律與3號(hào)俑相似，主要區(qū)別在于5號(hào)俑在加速度峰值達(dá)到0.62g時(shí)，直徑5 mm支架發(fā)生斷裂。

對(duì)比圖11（i），（k）和11（j），（l）所示武士俑復(fù)制品的支架固定位置發(fā)生變化時(shí)的響應(yīng)，固定人物俑復(fù)制品肩部對(duì)其上部搖擺響應(yīng)限制效果明顯，而下部的滑移增加；固定人物俑復(fù)制品腰部時(shí)，其上部搖擺響應(yīng)較大，對(duì)滑移的限制效果增強(qiáng)。

（3）試驗(yàn)中按地震波編號(hào)順序加載，圖12（a）～（d）對(duì)比不同地震波相同峰值加速度時(shí)人物俑復(fù)制品的地震響應(yīng)，No.1與No.2地震波作用下，人物俑復(fù)制品的搖擺角峰值較為相近。在加載至第3條地震波時(shí)，支架桿與支架環(huán)已經(jīng)發(fā)生一定程度的塑性變形，由于累積損傷，限制人物俑搖擺的能力顯著降低。圖12（c）中當(dāng)對(duì)5號(hào)俑復(fù)制品加載No.1與No.2地震波后，支架出現(xiàn)明顯變形，因此未繼續(xù)加載No.3地震波。

（4）結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)文物是否傾覆，支架是否發(fā)生不可恢復(fù)的殘余變形為失效判據(jù)，獲得有效固定不同體型人物俑復(fù)制品所需支架尺寸如表9所示。

3.4 支架固定人物俑相互作用分析及優(yōu)化建議

由試驗(yàn)現(xiàn)象可得，支架未失效時(shí)人物俑復(fù)制品不會(huì)發(fā)生傾覆，但由于人物俑復(fù)制品表面不平滑，與支架之間存在不可避免的安裝縫隙，使得人物俑復(fù)制品在搖擺過程中與支架相互作用，造成人物俑復(fù)制品局部損壞，如圖9（k）所示。故為量化支架?人物俑相互作用系統(tǒng)的應(yīng)變變化，以3號(hào)武士俑復(fù)制品固定肩部/腰部和4號(hào)唐三彩人物俑復(fù)制品固定腰部為例，監(jiān)測(cè)人物俑復(fù)制品表面與支架接觸處的應(yīng)變以及支架根部的應(yīng)變。同時(shí)在4號(hào)俑復(fù)制品與支架的安裝縫隙間增加硅膠墊使支架與人物俑復(fù)制品表面更加貼合，對(duì)比增加硅膠墊與未增加硅膠墊時(shí)支架固定人物俑復(fù)制品的抗震效果，試驗(yàn)現(xiàn)象如圖13所示。3號(hào)俑復(fù)制品在受Y向No.1地震波作用時(shí)，支架根部不同方向應(yīng)變對(duì)比如圖14所示。4號(hào)俑復(fù)制品代表性應(yīng)變時(shí)程曲線如圖15所示。在No.1地震波作用下人物俑復(fù)制品與支架相互作用以及人物俑復(fù)制品的地震響應(yīng)峰值對(duì)比分別如圖16和17所示。

結(jié)合圖13～17可得：

（1）以3號(hào)武士俑復(fù)制品為例，對(duì)比圖14（a）～（b）和14（c）～（d），當(dāng)?shù)卣鸩ㄑ?em>X方向反復(fù)作用于該武士俑復(fù)制品時(shí)，武士俑復(fù)制品發(fā)生搖擺時(shí)易帶動(dòng)支架發(fā)生繞支架豎桿轉(zhuǎn)動(dòng)，削弱支架側(cè)面抵抗傾覆力矩的能力。當(dāng)加速度峰值達(dá)到0.62g時(shí)，圖14（b）～（d）中直徑為5 mm的支架根部微應(yīng)變最大達(dá)到3000，遠(yuǎn)超出支架的屈服應(yīng)變，支架進(jìn)入塑性變形階段，支架根部發(fā)生不可恢復(fù)的殘余變形，當(dāng)繼續(xù)加載時(shí)，支架對(duì)人物俑復(fù)制品的固定效果降低。

（2）以支架固定4號(hào)唐三彩人物俑復(fù)制品為例，在支架與人物俑復(fù)制品間增加硅膠墊后，當(dāng)?shù)卣鸩ㄗ饔脮r(shí)支架根部的應(yīng)變呈下降趨勢(shì)，應(yīng)變最大可下降近40%，如圖16（a）～（d）所示。同時(shí)，在兩者接觸處人物俑復(fù)制品表面豎向應(yīng)變最大可下降60%，硅膠墊有效降低了人物俑復(fù)制品與支架的相互作用。

（3）根據(jù)圖13中（c）～（f）所示，當(dāng)支架固定4號(hào)唐三彩人物俑復(fù)制品時(shí)，在未增加硅膠墊時(shí)，由于與支架接觸處人物俑表面不平滑易產(chǎn)生縫隙，在地震波加速度峰值較大時(shí)，人物俑復(fù)制品掙脫支架固定，產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)及滑移響應(yīng)；在兩者接觸處增加硅膠墊后，人物俑復(fù)制品表面與支架更加貼合，人物俑復(fù)制品與支架未發(fā)生脫離，支架固定效果顯著提升。同時(shí)，人物俑復(fù)制品的搖擺與滑移響應(yīng)均降低，如圖17（a）～（d）所示。以直徑5 mm支架固定該人物俑復(fù)制品為例，采用硅膠墊后人物俑復(fù)制品的搖擺響應(yīng)與滑移響應(yīng)分別降低近40%（0.4g）與50%（0.62g）。對(duì)比圖13（a）～（b），（e）～（f），在峰值加速度較大時(shí)，增加硅膠墊后直徑5 mm支架對(duì)該人物俑復(fù)制品的抗震固定效果仍低于直徑8 mm支架的抗震固定效果，故采用支架固定人物俑文物時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇尺寸、剛度合適的支架，再增加硅膠墊等構(gòu)造措施填充安裝縫隙，進(jìn)一步降低人物俑地震響應(yīng)及兩者的相互作用。

4 結(jié)""論

本文以支架固定兩類體型、五種高度的典型地震易損人物俑復(fù)制品為研究對(duì)象，通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，探討文物復(fù)制品在不同工況下的地震響應(yīng)及文物復(fù)制品與支架間的相互作用，對(duì)支架固定人物俑類文物進(jìn)行抗震有效性判別，為布展設(shè)計(jì)提供依據(jù)，主要結(jié)論如下：

（1）隨著地震波峰值加速度增加，不同體型及尺寸的浮放人物俑復(fù)制品均發(fā)生傾覆，具有極大的震損風(fēng)險(xiǎn)；采用支架固定后可有效降低文物的搖擺響應(yīng)。

（2）質(zhì)量、質(zhì)心高度、底面寬度、人物俑表面平滑度等是影響其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和相互作用的關(guān)鍵參數(shù)。隨著人物俑復(fù)制品的質(zhì)心高度與底座寬度比值增加以及其質(zhì)量增大，在地震波作用下較小尺寸支架發(fā)生明顯塑性變形甚至根部斷裂。增加支架尺寸能夠提高對(duì)文物的抗震固定效果，但由于安裝縫隙的存在，在大震作用下?lián)u擺反應(yīng)仍較劇烈，且震后無法恢復(fù)至初始位置。同時(shí)，隨著尺寸的增加對(duì)文物固定效果的提高作用有限，基于文物保護(hù)中的最小干預(yù)原則，綜合考慮文物的抗震安全及藝術(shù)展示效果，給出建議支架尺寸。

（3）當(dāng)支架卡固人物俑位置發(fā)生變化時(shí)，卡固在人物俑肩部與卡固在腰部相比搖擺響應(yīng)得到一定的控制，最大可下降近40%，但隨著支架固定位置的提高，滑移響應(yīng)增加。

（4）博物館為滿足布展需要將支架安裝于人物俑類文物背面，當(dāng)?shù)卣鸩ㄗ饔梅较蜓厝宋镔競(jìng)?cè)面時(shí)，人物俑仍會(huì)產(chǎn)生較大地震響應(yīng)，建議在支架固定人物俑時(shí)增加隨型卡固件固定人物俑底部，進(jìn)一步降低人物俑的地震響應(yīng)。

（5）由于安裝縫隙的存在，當(dāng)支架與人物俑復(fù)制品相互作用時(shí)，人物俑表面出現(xiàn)明顯損傷，在支架與人物俑安裝縫隙增加硅膠墊等構(gòu)造措施能有效提高支架固定效果，并降低人物俑與支架的相互作用，搖擺響應(yīng)與滑移響應(yīng)分別降低近40%與50%，人物俑表面應(yīng)變與支架根部應(yīng)變分別下降近60%與40%，有效防止人物俑局部損傷。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Saraswat A，"Reddy G R，"Ghosh A K，nbsp;et al. Effects of base excitation frequency on the stability of a freestanding rigid block［J］. Acta Mechanica，"2016，"227（3）："795-812.

［2］ Casapulla C，"Maione A. Free damped vibrations of rocking rigid blocks as uniformly accelerated motions［J］. International Journal of Structural Stability amp; Dynamics，"2017，"17（6）："751-767.

［3］ Casapulla C. Rocking resonance of a rigid free standing block［C］//Proceedings of the 16th International Brick amp; Block Masonry Conference. Padova，"Italy，"2016："111-118.

［4］ Bakhtiary E，"Gardoni P. Probabilistic seismic demand model and fragility estimates for rocking symmetric blocks［J］. Engineering Structures，"2016，"114："25-34.

［5］ Kounadis A N. On the rocking-sliding instability of rigid blocks under ground excitation："some new findings［J］. Soil Dynamics amp; Earthquake Engineering，"2015，"75："246-258.

［6］ Kounadis A N，"Papadopoulos G J. On the rocking instability of a three-rigid block system under ground excitation［J］. Archive of Applied Mechanics，"2016，"86（5）："957-977.

［7］ 劉生培，"高建民. 關(guān)于秦俑抗震［J］. 考古與文物，"1995（6）："20-21.

［8］ 牟煒. 博物館藏品保管陳列中的防震問題［J］. 碑林集刊，"2008："443-447.

［9］ 鞏夢(mèng)婷，"韋荃，"馮萍莉，"等. 5·12汶川地震中四川可移動(dòng)文物及其建筑受損情況調(diào)查［J］. 文物保護(hù)與考古科學(xué)，"2016，"28（4）："40-47.

Gong Mengting，"Wei Quan，"Feng Pingli，"et al. Survey on the damaged levels of the movable cultural relics and buildings during the 5·12 Wenchuan earthquake in Sichuan province［J］. Sciences of Conservation and Archaeology，"2016，"28（4）："40-47.

［10］ 唐飛，"黃靜. “4·20”蘆山地震四川文物保護(hù)單位受損情況調(diào)查報(bào)告［J］. 四川文物，"2013（3）："3-8.

［11］ 安仁兵，"游文龍，"潘毅，"等. 瀘縣6.0級(jí)地震文化遺產(chǎn)震害調(diào)查與分析［J］. 土木工程學(xué)報(bào)，"2022，"55（12）："13-24.

An Renbing，"You Wenlong，"Pan Yi，"et al. Seismic damage investigation and analysis of cultural heritages in Ms6.0 Luxian earthquake［J］. China Civil Engineering Journal，"2022，"55（12）："13-24.

［12］ 文物安全防控“十四五”專項(xiàng)規(guī)劃［N］. 北京："中國(guó)文物報(bào)，"2022-05-10（003）.

Cultural relics safety prevention and control “14th Five-Year plan”"special planning［N］. Beijing："China Cultural Relics News，"2022-05-10（003）.

［13］ 杰瑞·普丹尼. 館藏文物防震保護(hù)研究［M］. 吳來明，譯. 北京："科學(xué)出版社，"2018.

［14］ 鈕澤蓁. 陳列文物抗震措施實(shí)驗(yàn)研究［J］. 工程抗震，"1992（2）："28-31.

［15］ 王萌，"李孟青，"巢臻，"等. 館藏文物卡固件固定的抗震有效性試驗(yàn)及數(shù)值研究［J］. 振動(dòng)與沖擊，"2022，"41（7）："258-267.

Wang Meng，"Li Mengqing，"Chao Zhen，"et al. Tests and numerical analysis for aseismic effectiveness of fasteners to fix cultural relics in collection［J］. Journal of Vibration and Shock，"2022，"41（7）："258-267.

［16］ 王萌，"閆一，"傅萌，"等. 栓綁法固定館藏文物的抗震有效性振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究［J］. 工程力學(xué)，"2022，"39（2）："208-221.

Wang Meng，"Yan Yi，"Fu Meng，"et al. Study on seismic effectiveness of tie up method for fixing cultural relics based on shaking table test［J］. Engineering Mechanics，"2022，"39（2）："208-221.

［17］ 周乾，"閆維明，"紀(jì)金豹. 魚線加固館藏浮放文物振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)［J］. 土木工程與管理學(xué)報(bào)，"2011，"28（3）："395-400.

Zhou Qian，"Yan Weiming，"Ji Jinbao. Shaking table test of a free-standing cultural relic strengthened by nylon lines［J］. Journal of Civil Engineering and Management，"2011，"28（3）："395-400.

［18］ 張立乾，"袁矚輝. 石佛像減隔震保護(hù)研究［J］. 文物保護(hù)與考古科學(xué)，"2015，"27（2）："73-78.

Zhang Liqian，"Yuan Zhuhui. Research on isolation protection of a stone Buddha under seismic conditions［J］. Sciences of Conservation and Archaeology，"2015，"27（2）："73-78.

［19］ 葛家琪. 博物館防震全系統(tǒng)解決方案與措施研究［J］. 東南文化，"2016，"3（增刊1）："13-15.

Ge Jiaqi. Research on the whole system solutions and measures for museum earthquake protection［J］. Southeast Culture，"2016，"3（Sup1）："13-15.

［20］ 吳來明，"王忠良，"高華平，"等. 博物館文物的防震保護(hù)研究（一）——傳統(tǒng)抗震措施與現(xiàn)代隔震技術(shù)［J］. 文物保護(hù)與考古科學(xué)，"2001，"13（2）："46-53.

Wu Laiming，"Wang Zhongliang，"GAO Huaping，"et al. Research on protection from earthquake of cultural relics in museum （1）—traditional anti-shock methods and modern isolating techniques［J］. Science of Conservation and Archaeology，"2001，"13（2）："46-53.

［21］ 周乾，"閆維明，"紀(jì)金豹. 館藏浮放文物隔震裝置的開發(fā)與應(yīng)用［J］. 防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，"2013，"33（2）："147-154.

Zhou Qian，"Yan Weiming，"Ji Jinbao. Development of isolation devices for free-standing museum cultural relics［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering，"2013，"33（2）："147-154.

［22］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家文物局. 館藏文物防震規(guī)范："WW/T 0069―2015［S］. 北京："文物出版社，"2015.

State Administration of Cultural Heritage，"PRC. Specification for seismic protection of museum collection："WW/T 0069―2015［S］. Beijing："Cultural Relics Publishing House，"2015.

［23］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范："GB 50011―2010［S］. 北京："中國(guó)建筑工業(yè)出版社，"2010.

Minsitry of Housing and Urban?Rural Development of People’s Republic of China，"General Administration of Quality Supervision，"Inspection and Quarantine of People’s Republic of China. Code for seismic design of buildings："GB 50011―2010［S］. Beijing："China Architecture amp; Building Press，"2010.

［24］ 張銳. 結(jié)構(gòu)抗震時(shí)程分析輸入地震波選擇方法研究［D］. 大連："大連理工大學(xué)，"2020.

Zhang Rui. Earthquake ground motion selection and scaling methods for structural time-history analysis［D］. Dalian："Dalian University of Technology，"2020.

Shaking table tests of figurine cultural relics fixed by supports

WANG Meng SHI Xun YANG Wei-guo GE Jia-qi MA Bo-tao ZHANG Man-sheng LIU Pei

（1. Department of Architectural Engineering，"School of Civil and Architectural Engineering，"Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，"China；"2. Beijing’s Key Laboratory of Structural Wind Engineering and Urban Wind Environment，Beijing 100044，"China；"3. China Aviation Planning and Design Institute （Group）"Co.，"Ltd.，"Beijing 100120，"China）

Abstract： In order to study the seismic effectiveness of the most commonly used support method for fixing figurine cultural relics，the full-scale shaking table tests of the seismic system （two types of figurine replicas with typical size and vulnerable materials and fixed measures of supports）"were carried out. The seismic responses of the cultural relic replicas and the interaction between the cultural relic replicas and supports under different working conditions were obtained. The influence of the key body shape parameters of figurines，"the clamping position of metal supports，"the support size，"the installation gap between cultural relic replicas and fixed measures on the movement state of cultural relics was discussed. The seismic effectiveness of support measures was evaluated and reasonable suggestions were put forward. It provided the necessary basis for the optimal design of fixed method for this type of cultural relics with the principle of safety and minimum intervention. The results showed that all the floating figurine replicas were overturned，"which had a great risk of damage. The rocking responses of figurine replicas were effectively reduced after independent supports were used for fixation. As the ratio of the center of gravity height to the base width of the figurine replicas increases，"along with the increase in their mass，"the obvious plastic deformation or even the root fracture occurred in the case of smaller supports，"resulting in overturning and damage of figurine replicas. At the same time，"with the increase of the size of the supports，"the improvement of the fixation effect was limited. Based on the principle of minimum intervention for cultural relics，"and considering the seismic safety and the art exhibition，"the support size should be optimized. The rocking responses of figurine were controlled to some extent when its shoulder was fixed by the support，"however，"with the increase of the fixed position，"the sliding response of the figurine was more obvious. The surface of the figurine was easily damaged because of the interaction between the support and the figurine. When the gap between the two was filled with silica gel cushion，"the rocking and sliding responses of figurine replicas were reduced by nearly 40% and 50% respectively，"the strain at the root of the support was reduced by nearly 40%，"and the strain at the contact area between the figurine and the support was reduced by nearly 60%，"which effectively improved the seismic effectiveness of support measures.

Key words： shaking table test；"figurine cultural relics；"metal support；"seismic effectiveness；"shock absorption measures

作者簡(jiǎn)介： 王""萌（1985―），女，博士，教授。E-mail："wangmeng1117@gmail.com。