專利名稱：減振支柱和框架結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減振支柱，其本身可發(fā)生變形以吸收由地震、刮風(fēng)和類似物施加給建筑結(jié)構(gòu)的振動能，以及涉及一種包含這種減振支柱的框架結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
典型的傳統(tǒng)減振支柱可包含一個鋼制軸向受力元件、一個用于防止軸向受力元件翹曲的約束元件以及一層用于防止約束元件和軸向受力元件之間發(fā)生粘合的防粘合涂層。軸向受力元件可包含一個屈服部，其用于在超出了指定大小的拉力或壓力作用時發(fā)生屈服變形；一個加強部，其用于加強軸向受力元件上的從約束元件中伸出的端部，并且其與屈服部一同均被約束元件覆蓋著；以及一個接合部，其連接在框架結(jié)構(gòu)上。
減振支柱通常以對角的方式安裝在通過柱和梁建造成的矩形框架結(jié)構(gòu)的平面上，其中，每個軸向受力元件的端部均使用螺栓固定在焊接節(jié)點板上。
當(dāng)因地震、刮風(fēng)或類似物而有振動能施加到包含該減振支柱的框架結(jié)構(gòu)上時，就會有拉力或壓力作用在軸向受力元件上，因此屈服部會在拉伸方向(或壓縮方向)上發(fā)生變形，并且以這種方式吸收振動能。
如整體結(jié)合在此作為參考的特開2001-227192號公報所述，已經(jīng)有人對這種減振支柱進行了研究，以通過確定用于防止凝固的混凝土與軸向受力元件之間發(fā)生粘合的涂層的厚度和剛度來阻止軸向受力元件發(fā)生局部翹曲。
此外，上述類型的結(jié)構(gòu)通常需要經(jīng)受各種研究和試驗，以檢驗它們能否響應(yīng)于振動能根據(jù)預(yù)期參數(shù)變形。然而，通常無法對減振支柱與框架結(jié)構(gòu)之間的接頭的翹曲變形進行檢驗。已經(jīng)獲知，為了使減振支柱能夠根據(jù)預(yù)期參數(shù)產(chǎn)生減振效果，最重要的是要解決當(dāng)減振支柱承受壓力時軸向受力元件的外部上所出現(xiàn)的鉸鏈現(xiàn)象的問題。如果軸向受力元件的一個或多個外部發(fā)生了鉸鏈現(xiàn)象并表現(xiàn)出不穩(wěn)定行為，減振支柱就會很可能無法被設(shè)計成具有應(yīng)有的剛度和屈服強度，并且可能變得不能充分地吸收振動能。
這種鉸鏈現(xiàn)象示于圖17A-17C中。如圖17A所示，減振支柱100設(shè)有一個軸向受力元件101和一個約束元件102。軸向受力元件101具有一個屈服部103和一個加強部104。
當(dāng)過大的壓力作用在減振支柱100上時，軸向受力元件101上的從約束元件102中伸出的端部(即由加強部104所加強的部分)就可能在結(jié)構(gòu)框架的平面之外的方向(即與結(jié)構(gòu)框架的平面垂直的方向)上發(fā)生變形。特別地講，如圖17B和17C所示，軸向受力元件101的端部的變形就好像一個鉸鏈繞著屈服部103與加強部104之間的邊界區(qū)域轉(zhuǎn)動，并且壓縮了防粘合涂層(未示出)。這種現(xiàn)象通常稱為鉸鏈現(xiàn)象，并且，在軸向受力元件101的端部上產(chǎn)生屈服變形從而使其彎曲的這種情況被表述為“形成了鉸鏈H”。
只要軸向受力元件101的端部與節(jié)點板110之間的接合部具有足夠大的剛度，在屈服部103與加強部104之間的邊界區(qū)域附近就不會實際出現(xiàn)上述鉸鏈現(xiàn)象，但是，如果作用了超出了這部分的剛度的壓力，就會在軸向受力元件101的端部與節(jié)點板110之間的邊界區(qū)域周圍出現(xiàn)類似的鉸鏈現(xiàn)象。在屈服部103與加強部104之間以及軸向受力元件101的端部與節(jié)點板110之間的邊界附近能出現(xiàn)鉸鏈現(xiàn)象的情況下，就能夠在減振支柱100中形成三個或四個鉸鏈H，從而會使減振支柱100的性能變得不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的減振支柱包含一個軸向受力元件，其用于提供承受沿著軸向作用的拉力或壓力的屈服強度。還設(shè)有一個約束元件，其被布置在所述軸向受力元件的外圍，并用于約束著所述軸向受力元件。此外，在所述軸向受力元件的外部上設(shè)有一個加強部，其用于增大所述軸向受力元件的剛度；并且在所述約束元件與所述加強部之間設(shè)有一個防粘合涂層，其用于防止它們之間發(fā)生粘合。所述加強部在軸向上的長度和所述加強部與所述約束元件之間的縫隙的尺寸是這樣的，即當(dāng)所述軸向受力元件承受壓力時所述軸向受力元件的外部不會相對于軸向轉(zhuǎn)動超過一定角度。
所述加強部能夠用于增大所述軸向受力元件的外部的剛度，但當(dāng)所述軸向受力元件出現(xiàn)了如上所述的鉸鏈現(xiàn)象時，所述軸向受力元件的外部就會表現(xiàn)出不穩(wěn)定的行為，并且，所述減振支柱不能提供設(shè)計中所期望的剛度和屈服強度，而且會變得不能充分地吸收振動能。上述鉸鏈現(xiàn)象能夠通過在所述約束元件與所述加強部之間提供縫隙而得到防止?？稍谒黾s束元件與所述加強部之間設(shè)置縫隙，這是因為如果在這些元件之間沒有縫隙，所述軸向受力元件就不能如所期望的那樣作用。從而，根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例可將所述加強部軸向上的長度和所述加強部與所述約束元件之間的縫隙的尺寸限定成這樣，即當(dāng)所述軸向受力元件承受壓力時可防止所述軸向受力元件的外部相對于軸向轉(zhuǎn)動超過了一定角度。這樣，就不可能在所述軸向受力元件的外部上發(fā)生鉸鏈現(xiàn)象，并且所述軸向受力元件的外部不會表現(xiàn)出不穩(wěn)定的行為，從而可使所述軸向受力元件具有設(shè)計中所期望的剛度和屈服強度，并能使其充分地吸收振動能。
對于根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的所述減振支柱來說，可優(yōu)選地，將所述一定角度指定為1/75rad(度)，將所述加強部軸向上的長度設(shè)為150mm(毫米)以上。如果所述軸向受力元件的外部所能允許的轉(zhuǎn)角為最多1/75rad，就不可能在所述軸向受力元件的外部上產(chǎn)生鉸鏈現(xiàn)象，并且所述軸向受力元件的外部不會表現(xiàn)出不穩(wěn)定的行為。而且，如果所述加強部軸向上的長度小于150mm，所述軸向受力元件就很可能出現(xiàn)端部斷裂。
在本發(fā)明的示范性實施例的減振支柱中，所述約束元件與所述加強部之間的縫隙的尺寸可優(yōu)選設(shè)為1mm以下。
如果所述約束元件與所述加強部之間的縫隙的尺寸大于1mm，且如果所述軸向受力元件的外部的允許轉(zhuǎn)角為最多1/75rad，就不會產(chǎn)生鉸鏈現(xiàn)象，但當(dāng)所述約束元件與所速加強部之間的縫隙可變得非常大時，所述約束元件將很可能停止以執(zhí)行其預(yù)期的作用。在本發(fā)明的示范性實施例的減振支柱中，連接在框架結(jié)構(gòu)上的銷連接部可優(yōu)選地設(shè)在所述軸向受力元件的外部上。
在本發(fā)明的另一個示范性實施例的框架結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明的減振支柱可安裝在由柱和梁構(gòu)成的剛性框架上。另外或在一種替代性方法中，所述減振支柱可優(yōu)選使用銷釘連接在剛性框架上。如果所述框架結(jié)構(gòu)和所述減振支柱例如通過使用搭接板剛性地連接起來，當(dāng)由柱和梁構(gòu)成的所述剛性框架結(jié)構(gòu)經(jīng)受層間變形時，就可能在固定于所述搭接板上的所述軸向受力元件的外部上產(chǎn)生彎矩，從而會引起所述軸向受力元件的外部發(fā)生轉(zhuǎn)動變形。由于所述軸向受力元件的預(yù)期作用是用于提供承受沿著軸向作用的拉力和壓力的屈服強度，因此通過在所述軸向受力元件的外部上設(shè)置一個銷連接部并通過使用銷釘將其連接在框架結(jié)構(gòu)上，即使當(dāng)框架結(jié)構(gòu)經(jīng)受層間變形時也不會在所述軸向受力元件的外部上產(chǎn)生彎矩。


圖1A是根據(jù)本發(fā)明的減振支柱的第一示范性實施例的垂直剖視圖；圖1B是圖1A中所示的第一實施例的水平剖視圖；圖1C是沿著圖1B中所示的實施例的線A-A所作的剖視圖；圖2是主視圖，圖中示意性地示出了本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)的第一實施例；圖3是主視圖，示出了減振支柱與第一實施例的框架結(jié)構(gòu)之間的接頭區(qū)域；圖4A是狀態(tài)描述圖，示出了當(dāng)拉力作用在根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的減振支柱上時所述軸向受力元件的端部的行為；圖4B是狀態(tài)描述圖，示出了當(dāng)壓力作用在所述減振支柱上時所述軸向受力元件的端部的行為；圖5A是示意圖，示出了當(dāng)沒有力作用時所述減振支柱的行為；
圖5B是示意圖，示出了當(dāng)壓力作用時所述減振支柱的行為；圖6是主視圖，示出了在所述減振支柱的加載實驗中所使用的加載承受裝置的結(jié)構(gòu)；圖7A是曲線圖，示出了當(dāng)有壓力和拉力作用以在所述軸向受力元件上產(chǎn)生4％的軸向應(yīng)變時所述軸向受力元件的軸向上的變形量δ與所述軸向受力元件的外部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ之間的關(guān)系；圖7B是曲線圖，示出了當(dāng)有壓力和拉力作用以在所述軸向受力元件上產(chǎn)生2％的軸向應(yīng)變時所述軸向受力元件的軸向上的變形量δ與所述軸向受力元件的端部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ之間的關(guān)系；圖8是一個替代性實例的主視圖，示出了所述減振支柱與根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的框架結(jié)構(gòu)之間的接頭區(qū)域；圖9A是本發(fā)明的減振支柱的第二示范性實施例的橫向剖視圖；圖9B是沿著圖9A中所示的第二實施例的線B-B所作的剖視圖；圖10是曲線圖，示出了當(dāng)有壓力和拉力作用以在所述軸向受力元件上產(chǎn)生2％的軸向應(yīng)變時所述軸向受力元件的軸向上的變形量δ與所述軸向受力元件的外部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ的大小之間的關(guān)系；圖11A是本發(fā)明的減振支柱的第三示范性實施例的橫向剖視圖；圖11B是沿著圖11A中所示的第三實施例的線C-C所作的剖視圖；圖12A是本發(fā)明的減振支柱的第四示范性實施例的橫向剖視圖；圖12B是沿著圖12A中所示的第四實施例的線D-D所作的剖視圖；圖13A是具有前述示范性實施例的約束元件的減振支柱的第五示范性實施例的第一剖視圖；圖13B是具有前述示范性實施例的約束元件的減振支柱的第五示范性實施例的第二剖視圖；圖13C是具有前述示范性實施例的約束元件的減振支柱的第五示范性實施例的第三剖視圖；圖13D是具有前述示范性實施例的約束元件的減振支柱的第五示范性實施例的第四剖視圖；圖14A是本發(fā)明的減振支柱的第六示范性實施例的垂直剖視圖；圖14B是圖14A中所示的第六實施例的水平剖視圖；圖15是本發(fā)明的減振支柱的第七示范性實施例的垂直剖視圖；圖16是本發(fā)明的減振支柱的第八實施例的垂直剖視圖；圖17A是示意圖，示出了即使有壓力作用在減振支柱上所述減振支柱仍會保持穩(wěn)定的情況；圖17B是第一示意圖，示出了當(dāng)有壓力作用在減振支柱上時由于鉸鏈現(xiàn)象而使所述減振支柱的行為變得不穩(wěn)定的情況；以及圖17C是第二示意圖，示出了當(dāng)有壓力作用在減振支柱上時由于鉸鏈現(xiàn)象而使所述減振支柱的行為變得不穩(wěn)定的情況。
具體實施例方式
第一示范性實施例如圖1A-1C所示，減振支柱1包含軸向受力元件2和約束元件3，其中，軸向受力元件2用于提供承受沿著軸向作用的拉力或壓力的屈服強度，約束元件3設(shè)在軸向受力元件2的外圍上，并約束著軸向受力元件2。在軸向受力元件2與約束元件3之間設(shè)有能夠防止它們之間粘合的防粘合涂層4。
軸向受力元件2由約束元件3覆蓋著，并且包含一個屈服部21，所述屈服部21在被作用了超過一定大小的拉力或壓力時可出現(xiàn)屈服變形并吸收能量。軸向受力元件2還包含加強部22，其用于增大在約束元件3中延伸的屈服部21的剛度；以及連接部23，其設(shè)在加強部22的外側(cè)上，用于與框架結(jié)構(gòu)連接。
軸向受力元件2可由具有均勻厚度的單塊鋼板形成，并且，屈服部21基本上設(shè)在軸向受力元件2的中間。在屈服部21的外部上設(shè)有比屈服部21寬的第一加寬部24，并且在所述第一加寬部24的外側(cè)上還設(shè)有比第一加寬部24寬的第二加寬部25。
加強肋5沿著第一和第二加寬部24、25設(shè)在軸向受力元件2的兩個外部上。加強肋5可由具有與軸向受力元件2正好相同的均勻厚度的鋼板形成，并且沿著加強部22和連接部23布置在軸向受力元件2的兩個側(cè)面上，而且其抵靠著軸向受力元件2的部分被沿著軸向焊接在軸向受力元件2上。在加強肋5上的沿著第一加寬部24的部分中設(shè)有第三加寬部51，其與第一加寬部24共同形成了上述加強部22，在加強肋5上的沿著第二加寬部25延伸的部分中設(shè)有第四加寬部52，其比第三加寬部51寬，并與第二加寬部25共同形成連接部23。
約束元件3包含加固鋼管31和混凝土元件32，其中，加固鋼管31布置在軸向受力元件2的外圍上，混凝土元件32是在鋼管31與軸向受力元件2之間固化而成的鑄件。防粘合涂層4在澆鑄混凝土元件32之前涂覆在軸向受力元件2的表面上，從而可在混凝土元件32固化之后防止軸向受力元件2與混凝土元件32之間發(fā)生粘合。
防粘合涂層4可由涂覆在軸向受力元件2的表面上的粘彈性塑料、涂料等構(gòu)成。防粘合涂層4不僅可以防止軸向受力元件2與約束元件3之間的粘合，而且可允許當(dāng)壓力作用在軸向受力元件2上時通過橫截面的膨脹產(chǎn)生軸向受力元件2的變形。假設(shè)防粘合涂層4可使外圍由約束元件3覆蓋著的軸向受力元件2借助于防粘合涂層4的厚度與混凝土元件32分開。由于如上所述防粘合涂層4是在澆鑄混凝土32之前涂覆在軸向受力元件2的表面上的，因此混凝土32與由約束元件3覆蓋著的軸向受力元件2的表面之間的縫隙取決于事先涂覆的防粘合涂層4的厚度。在這種情況下，在本發(fā)明的該示范性實施例的減振支柱1中，加強肋5的側(cè)面邊緣5a與混凝土元件32之間的縫隙能夠通過增加防粘合涂層4或類似物的涂覆精度而得到控制。
圖2示出了安裝有以如上所述的方式構(gòu)造而成的根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的減振支柱1的框架結(jié)構(gòu)。該例的框架結(jié)構(gòu)使用了包含鋼柱6和梁7的剛性框架結(jié)構(gòu)，并且，兩根減振支柱1安裝在所述框架結(jié)構(gòu)的每對層之間。一根減振支柱1的上端接頭以螺栓連接的方式連接在節(jié)點板8a上，下端接頭以螺栓連接的方式連接在節(jié)點板8b上，其中，所述節(jié)點板8a基本上焊接在上層的梁7的中間，所述節(jié)點板8b焊接在位于一根柱6和下層的梁7之間的接頭上。另一根減振支柱1的上端接頭以螺栓連接的方式連接在上述節(jié)點板8a上，下端接頭以螺栓連接的方式連接在節(jié)點板8c上，所述節(jié)點板8c焊接在位于另一根柱6和下層的梁7之間的接頭上。所述兩根減振支柱1被這樣布置，即，使軸向受力元件2的平面與由柱6和梁7所形成的平面平行，也就是使上述兩平面對正。
圖3示出了減振支柱1以螺栓連接的方式連接在節(jié)點板8b上的所在區(qū)域(例如，圖2中的符號E所表示的區(qū)域)的示范性實施例性詳細結(jié)構(gòu)。在圖3中，平面之外的肋部9這樣焊接在節(jié)點板8b上，即向下延伸至柱6。軸向受力元件2和節(jié)點板8b借助于兩套配對的搭接板10由螺栓10a連接起來，所述搭接板在兩個位置上將加強肋5的側(cè)面夾在中間。加強肋5和平面之外的肋部9以同樣的方式借助于放置在兩個位置上的將軸向受力元件2的側(cè)面夾在中間的兩套配對的搭接板10由螺栓(為清楚起見未示出)連接起來。
當(dāng)以如上所述的方式構(gòu)造成的框架結(jié)構(gòu)由于地震、刮風(fēng)或類似情況而要承受振動能時，通常會有拉力或壓力沿著軸向作用在減振支柱1上。當(dāng)減振支柱1接收到這些力時，軸向受力元件2就會發(fā)生屈服變形，從而可吸收振動能。
如圖4A所示，當(dāng)拉力作用在減振支柱1時，軸向受力元件2就會在其所在的平面上沿著伸長方向發(fā)生變形，但是不會發(fā)生平面之外的變形。如圖4B所示，當(dāng)壓力作用在減振支柱1上時，軸向受力元件2的屈服部21能夠移到平面之外并同時能使防粘合涂層4壓縮，然后軸向受力元件2的外部就會發(fā)生平面之外的轉(zhuǎn)動變形。下面對此進行更詳細地描述，當(dāng)壓縮防粘合涂層4時，軸向受力元件2的外部就會以屈服部21與加強部22的邊界(加強肋5上的與屈服部21鄰接的端部5b所在的區(qū)域)為中心發(fā)生變形，這種變形類似于鉸鏈上的轉(zhuǎn)動。在減振支柱1承受壓力的狀態(tài)下，假設(shè)作用在混凝土元件32上的剪切力足夠小，則軸向受力元件2的端部的行為在加強肋5與混凝土元件32接觸之前取決于軸向受力元件2的彎曲剛度，在加強肋5已與混凝土元件32接觸時取決于鋼管31的屈服強度和剛度。當(dāng)壓力的大小超出了軸向受力元件2的彈性變形的限度時，軸向受力元件2的外部就會發(fā)生類如依靠鉸鏈轉(zhuǎn)動(上述鉸鏈現(xiàn)象)的屈服變形和彎曲。
因壓力作用而在軸向受力元件2的端部上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ的大小由約束元件3所覆蓋的加強部22的軸向長度L和加強肋5的側(cè)面邊緣5a與混凝土元件32之間的縫隙的尺寸t確定。換言之，在軸向受力元件2的端部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ的大小可表示為2t/Lrad，從而可知，當(dāng)由約束元件3覆蓋著的加強部22的軸向長度L較長時，轉(zhuǎn)角θ就會較小，當(dāng)該軸向長度L較短時，轉(zhuǎn)角θ就會較大。而且，在軸向受力元件2的端部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ的大小能夠在加強肋5的側(cè)面邊緣5a與混凝土元件32之間的縫隙較小時變小，在該縫隙較大時變大。
在本實施例的減振支柱1中，優(yōu)選即使其承受了過大的壓力時也可防止在其軸向受力元件2的外部上形成鉸鏈(基于下面實驗結(jié)果)。為了實現(xiàn)這種防止效果，由約束元件3所覆蓋的加強部22的軸向長度L可被設(shè)為150mm以上，加強肋5的側(cè)面邊緣5a與混凝土元件32之間的縫隙的尺寸t可被設(shè)為1mm以下。通過如上所述地限定減振支柱1，在軸向受力元件2的外部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ的大小可被限制在1/75rad以下，并且可防止在軸向受力元件2的外部上形成鉸鏈。
為了獲得由約束元件3覆蓋著的加強部22的軸向長度L和加強肋5的側(cè)面邊緣5a與混凝土元件32之間的縫隙的尺寸t的規(guī)格，已對根據(jù)本發(fā)明的該示范性實施例的減振支柱1進行了一些實驗。以下，將對這種實驗進行描述。
使減振支柱1承受壓力和拉力，以使減振支柱1發(fā)生變形，并且已對軸向受力元件2的軸向變形δ與軸向受力元件2的外部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ的大小之間的關(guān)系進行了考察。在此，對軸向受力元件2的軸向變形δ和軸向受力元件2的外部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ作如下定義。例如，從如圖5A所示的減振支柱1保持直線形狀的狀態(tài)開始，向減振支柱1施加壓力，直到鉸鏈h形成，并且假定處于如圖5B所示的彎曲狀態(tài)。軸向受力元件2的合成軸向變形表示為δ，加強部22和連接部23相對于屈服部21所成的夾角表示為θ。在如圖5A所示的狀態(tài)下，減振支柱1中實際上還沒有形成鉸鏈h，在圖5A的減振支柱1中已示出鉸鏈h是為了便于與圖5B進行對比。
實驗用的示范性實施例性加載裝置200示于圖6中。加載裝置200在平臺201上包含一個反作用夾具202和一個加載夾具203，其中，所述反作用夾具202保持在固定位置，并且軸向受力元件2的一端連接在該反作用夾具202上，加載夾具203被支承成可沿著軸向自由移動，并且軸向受力元件2的另一端連接在該加載夾具203上?？蛇x擇性地將壓力或拉力施加到減振支柱1上的千斤頂(未示出)連接在加載夾具203上。
當(dāng)減振支柱1承受了可使軸向受力元件2產(chǎn)生4％的目標(biāo)軸向應(yīng)變的壓力和拉力時，可獲得如圖7A所示的實驗結(jié)果。當(dāng)減振支柱1承受壓力時，即使負軸向變形一定程度上得到了增大，但軸向受力元件2的外部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ的大小在一定水平上沒有增大。當(dāng)減振支柱1承受拉力時，假定正軸向變形是由軸向受力元件2的初應(yīng)變引起的，則軸向受力元件2的外部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ的大小保持在大約1/75rad以下。這是由于軸向受力元件2的外部僅允許在加強肋5的側(cè)面邊緣5a與混凝土元件32之間的縫隙的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，其進一步的轉(zhuǎn)動要受到混凝土元件32和鋼管31的阻力的限制。如圖7B所示，當(dāng)減振支柱1承受可使軸向受力元件2產(chǎn)生2％的目標(biāo)軸向應(yīng)變的壓力和拉力時，盡管軸向受力元件2的軸向變形δ較小，但可觀察到與以上所述相同的變化趨勢。
在上述實驗中，軸向受力元件2的外部沒有發(fā)生彎曲，并且，沒有鉸鏈形成在軸向受力元件2中。該實驗中的加載情形對應(yīng)于下述情況與框架結(jié)構(gòu)的層間變形導(dǎo)致所述軸向受力元件的整個平面上發(fā)生變形，但軸向受力元件2的外部沒有承受任何偏心壓力。而且，約束元件3所覆蓋著的加強部22的足夠大的軸向長度L也被認為是為何沒有形成鉸鏈的一種因素。
在本發(fā)明的該示范性實施例中，軸向受力元件2的平面能被布置成與由柱6和梁7所形成的平面平行，并且當(dāng)軸向受力元件2的平面被布置成與由柱6和梁7所形成的平面垂直時也能獲得等同效果。如圖8所示，加強肋5和節(jié)點板8b能夠借助于放置在兩個位置上的將軸向受力元件2的兩側(cè)夾在中間的兩套配對的搭接板10由螺栓10a連接起來。相似地，軸向受力元件2和平面之外的肋部9可借助于放置在兩個位置上的將加強肋5的兩側(cè)包圍起來的兩套配對的搭接板10由螺栓(為清楚起見未示出)連接起來。
第二示范性實施例下面，參看附圖描述本發(fā)明的第二示范性實施例。已在本發(fā)明的第一示范性實施例中描述的構(gòu)件將以相同的附圖標(biāo)記表示，并且可以認為它們已在前面得到了描述。
如圖9A和9B所示，在該示范性實施例的減振支柱1中，設(shè)有具有與軸向受力元件2近似相同的長度的加強肋53。加強肋53由具有與軸向受力元件2正好相同的均勻厚度的鋼板制成，并且具有借助于沿著屈服部21布置的連接條54將設(shè)在軸向受力元件2的兩個外部上的兩個加強肋5連接起來的形狀。加強肋53布置在軸向受力元件2的兩側(cè)上，并且其抵靠著軸向受力元件2的部分被沿著軸向焊接。連接條54增大了軸向受力元件2的屈服部21的剛度。
在本實施例的減振支柱1中，與上述的第一示范性實施例相似，由約束元件3覆蓋的加強部22的軸向長度L被指定為150mm以上，加強肋5的側(cè)面邊緣5a與混凝土元件32之間的縫隙的尺寸t被指定為1mm以下。本實施例的減振支柱1能夠使軸向受力元件2的外部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ的大小在1/75rad以下，并且可防止在軸向受力元件2的外部上形成鉸鏈。
為了獲得由約束元件3覆蓋的加強部22的軸向長度L和加強肋5的側(cè)面邊緣5a與混凝土元件32之間的縫隙的尺寸t的規(guī)格，已對該示范性實施例的減振支柱1進行了實驗，下面對此進行描述。例如，通過將軸向受力元件2的平面布置成與柱6和梁7所形成的平面平行來將減振支柱1安裝在由鋼柱6和梁7構(gòu)成的框架結(jié)構(gòu)上。然后，使所述框架結(jié)構(gòu)承受層間變形，以使減振支柱1承受可使軸向受力元件2產(chǎn)生2％的目標(biāo)軸向應(yīng)變的壓力和拉力，并且研究了軸向受力元件2的軸向變形δ與軸向受力元件2的外部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ的大小之間的關(guān)系。如圖10所示，在這種情況下，同樣盡管軸向受力元件2的軸向變形δ較小，但可觀察到與對上述第一實施例所進行的實驗中相同的變化趨勢。
第三示范性實施例下面，參看附圖描述本發(fā)明的第三實施例。已在前面第一和第二實施例中描述的構(gòu)件將以相同的附圖標(biāo)記表示，并且可以認為它們已在前面得到了描述。
如圖11A和11B所示，在該示范性實施例的減振支柱1中設(shè)有兩個軸向受力元件2。這兩個軸向受力元件2以相等間距平行布置，并且每個軸向受力元件2均設(shè)有一個加強肋5。當(dāng)將該減振支柱1安裝在框架結(jié)構(gòu)中時，節(jié)點板8a(或節(jié)點板8b、8c)插入兩個軸向受力元件2的外部之間，從而這兩個軸向受力元件2不需使用任何搭接板就能以螺栓連接的方式連接。加強肋5可使用搭接板以螺栓連接的方式連接。
第四示范性實施例下面，參看附圖描述本發(fā)明的第四實施例。已在前面實施例中描述的構(gòu)件將以相同的附圖標(biāo)記表示，并且可以認為它們已在前面得到了描述。
如圖12A和12B所示，在該示范性實施例的減振支柱1中同樣設(shè)有兩個軸向受力元件2，并且分別為每個軸向受力元件2設(shè)置一個約束元件3。
第五示范性實施例下面，參看附圖描述本發(fā)明的第五實施例。已在前面實施例中描述的構(gòu)件將以相同的附圖標(biāo)記表示，并且可以認為它們已在前面得到了描述。
圖13A至13D示出了在本發(fā)明的上述示范性實施例中所示的約束元件3的各種改型。圖13A中所示的約束元件3a可以用于替代上述第一和第二實施例的約束元件3。該約束元件3a由兩個槽鋼33和兩個鋼板34組合而成。槽鋼33被布置成將軸向受力元件2的屈服部21夾在它們的腹板的后面之間。鋼板34沿著相鄰槽鋼33的凸緣面布置，從而將屈服部21夾在中間。槽鋼33和鋼板34使用螺栓35連接起來。
圖13B中所示的約束元件3b可以用于替代上述第三實施例的約束元件3。該約束元件3b由四個角鋼36組合而成。每個角鋼36均這樣布置，即其沿著直角伸出的后面抵靠在形成于屈服部21和連接條54之間的直角槽上。每對相鄰的角鋼36將屈服部21或連接條54夾在它們的凸緣面之間，并且它們使用螺栓35連接起來。
圖13C中所示的約束元件3c可以用于替代上述第一和第二實施例的約束元件3。該約束元件3c由兩個矩形鋼管37和兩個鋼板34組合而成。矩形鋼管37被布置成將軸向受力元件2的屈服部21夾在它們的側(cè)面之間。鋼板34沿著將屈服部21夾在中間的相鄰矩形鋼管37的側(cè)面布置。矩形鋼管37和鋼板34通過焊接固定。
圖13D中所示的約束元件3d可以用于替代上述第三實施例的約束元件3。該約束元件3d由四個具有矩形橫截面的矩形鋼管38和四個鋼板34組合而成。矩形鋼管38這樣布置，即它們的兩個相鄰側(cè)面沿著形成在屈服部21和連接條54之間的直角槽表面放置。鋼板34沿著將屈服部21夾在中間的相鄰矩形鋼管38的側(cè)面布置。矩形鋼管38和鋼板34通過焊接固定。
第六示范性實施例下面，參看附圖描述本發(fā)明的第六實施例。已在前面實施例中描述的構(gòu)件將以相同的附圖標(biāo)記表示，并且可以認為它們已在前面得到了描述。
如圖14A和14B所示，在該示范性實施例的減振支柱1中設(shè)有用作連接部23的連接在框架結(jié)構(gòu)上的鉸接塊(銷連接部)60。鉸接塊60設(shè)有兩個軸向支承部61，所述軸向支承部61平行延伸且之間具有縫隙，而且每個軸向支承部61均設(shè)有銷釘孔62。
當(dāng)將這種減振支柱1安裝到框架結(jié)構(gòu)上時，節(jié)點板8a(或節(jié)點板8b、8c)能夠插入兩個軸向支承部61之間，并且銷釘(為清楚起見未示出)可轉(zhuǎn)動地安裝穿過銷釘孔62和形成在節(jié)點板8a中的銷釘孔8d。
當(dāng)安裝有所述減振支柱的框架結(jié)構(gòu)因地震、刮風(fēng)或類似情況而承受振動能和經(jīng)受層間變形時，如果所述減振支柱的外部通過使用搭接板10剛性地連接在位于柱6和梁7之間的接頭區(qū)域上，就會在柱6和梁7的平面上于所述減振支柱的外部上產(chǎn)生彎矩，但如果減振支柱1如上所述地通過使用銷釘連接在框架結(jié)構(gòu)上，則減振支柱1的外部就可發(fā)生轉(zhuǎn)動，因此不會產(chǎn)生彎矩，而只會有拉力或壓力作用在減振支柱1上，從而可使減振支柱1充分地顯現(xiàn)出其特征。
第七示范性實施例下面，參看附圖描述本發(fā)明的第七實施例。已在前面實施例中描述的構(gòu)件將以相同的附圖標(biāo)記表示，并且可以認為它們已在前面得到了描述。
如圖15所示，在該示范性實施例的減振支柱1中，加強肋5的側(cè)面邊緣5a相對于軸向受力元件2的軸向成夾角γ傾斜布置。約束元件3中的混凝土元件32的內(nèi)表面也被傾斜布置，以與側(cè)面邊緣5a的傾斜相配。從而可使加強肋5的側(cè)面邊緣5a與混凝土元件32之間的縫隙相等。
當(dāng)以如上所述的方式構(gòu)造而成的減振支柱1承受壓力時，軸向受力元件2可在軸向上被擠壓，并且軸向受力元件2的外部會被推進約束元件3的內(nèi)側(cè)中。這樣就會使加強肋5的側(cè)面邊緣5a與混凝土元件32之間的縫隙的尺寸小于沒有承受壓力的狀態(tài)下的尺寸，因此軸向受力元件2的外部上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角θ也會變小，從而可防止在軸向受力元件2的外部上形成鉸鏈。
第八示范性實施例下面，參看附圖描述本發(fā)明的第八實施例。已在前面實施例中描述的構(gòu)件將以相同的附圖標(biāo)記表示，并且可以認為它們已在前面得到了描述。
如圖16所示，在該示范性實施例的減振支柱1中，屈服部21與混凝土元件32之間的縫隙的尺寸s比加強肋5的側(cè)面邊緣5a與混凝土元件32之間的縫隙的尺寸t大。
當(dāng)以上面所述的方式構(gòu)造而成的減振支柱1承受壓力時，加強肋5會接觸混凝土元件32，從而可限制軸向受力元件2的外部的行為。由于在這種狀態(tài)下屈服部21不會與混凝土元件32接觸，因此由壓力引起的沿著軸向受力元件2的軸向上的變形會平穩(wěn)地產(chǎn)生，并且不會遇到過大的阻力，從而減振支柱1不會表現(xiàn)出不穩(wěn)定的行為。
盡管在這些實施例中的軸向受力元件2的屈服部21具有矩形的橫截面，但在本發(fā)明中的所述軸向受力元件的橫截面形狀并不局限于矩形，而是可以使用各種不同形狀，例如圓形、空心矩形和空心圓形等。
在本發(fā)明的這些示范性實施例中，約束元件3由鋼管31和混凝土元件32的組合形成；然而，也可以使用砂漿來代替混凝土。軸向受力元件2由具有均勻厚度的單塊鋼板形成；然而，也可以例如通過使所述屈服部的厚度小于其他區(qū)域的厚度來對所述軸向受力元件的厚度進行修改。而且，所述軸向受力元件可通過多個鋼板的組合形成。
以上描述僅僅用于說明本發(fā)明的原理。鑒于在此所作的敘述，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，顯而易見可以作出各種修改或變換。因此，應(yīng)當(dāng)指出，盡管在此沒有明確地給以示出或描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員仍能夠設(shè)計出眾多類型的采用本發(fā)明原理的結(jié)構(gòu)，從而這些結(jié)構(gòu)仍屬于本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種減振支柱，包括一個軸向受力元件，其被構(gòu)造成用于提供抵抗力，以抵抗沿軸向作用的拉力和壓力中的至少一種力；一個約束元件，其設(shè)在所述軸向受力元件的周圍，以約束所述軸向受力元件；一個加強部，其定位在所述軸向受力元件的端部上，用于對所述軸向受力元件的剛度施加補充和加強這二種作用中的至少一種；以及一個防粘合涂層，其設(shè)在所述約束元件與所述加強部之間，以防止它們之間發(fā)生粘合；其中，所述加強部沿軸向延伸的長度和所述加強部與所述約束元件之間的縫隙被這樣設(shè)置，即當(dāng)拉力和壓力中的至少一種力作用在所述軸向受力元件上時，可防止所述軸向受力元件的端部在軸向上轉(zhuǎn)動超過預(yù)定角度。
2.如權(quán)利要求1所述的減振支柱，其特征在于，所述預(yù)定角度為1/75度，并且所述加強部的長度為至少150mm。
3.如權(quán)利要求2所述的減振支柱，其特征在于，所述約束元件與所述加強部之間的縫隙為最多1mm。
4.如權(quán)利要求1所述的減振支柱，其特征在于，其還包括一個被構(gòu)造成用于連接在框架結(jié)構(gòu)上的銷連接部，所述銷連接部設(shè)在所述軸向受力元件的端部上。
5.一種剛性框架結(jié)構(gòu)，包括一個至少由柱和梁構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包含減振支柱，所述減振支柱包括a.一個軸向受力元件，其被構(gòu)造成用于提供抵抗力，以抵抗沿軸向作用的拉力和壓力中的至少一種力；b.一個約束元件，其設(shè)在所述軸向受力元件的周圍，以約束所述軸向受力元件；c.一個加強部，其定位在所述軸向受力元件的端部上，用于對所述軸向受力元件的剛度施加補充和加強這二種作用中的至少一種；以及d.一個防粘合涂層，其設(shè)在所述約束元件與所述加強部之間，以防止它們之間發(fā)生粘合；其中，所述加強部沿軸向延伸的長度和所述加強部與所述約束元件之間的縫隙被這樣設(shè)置，即當(dāng)拉力和壓力中的至少一種力作用在所述軸向受力元件上時，可防止所述軸向受力元件的端部在軸向上轉(zhuǎn)動超過預(yù)定角度。
6.如權(quán)利要求5所述的剛性框架結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述減振支柱以銷接的方式設(shè)在所述剛性框架結(jié)構(gòu)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減振支柱，其具有一個用于提供抵抗拉力或壓力的抵抗力的軸向受力元件、一個用于約束著所述軸向受力元件的約束元件以及一個用于補充所述軸向受力元件的剛度的加強部。防粘合涂層被設(shè)置成用于防止所述約束元件和所述加強部之間發(fā)生粘合。所述加強部沿軸向延伸的長度和所述加強部與所述約束元件之間的縫隙被這樣限定，即當(dāng)壓力作用在所述軸向受力元件上時，可防止所述軸向受力元件的端部在軸向上轉(zhuǎn)動超過指定角度。
文檔編號F16F7/00GK1576476SQ20041006216
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者中村博志, 鈴木一弁, 中田安洋, 白井貴志 申請人:新日本制鐵株式會社