CN110637136A - 构件到构件层状熔丝连接 - Google Patents

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    • E04H9/00Buildings, or groups of buildings, or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake, extreme climate
    • E04H9/02Buildings, or groups of buildings, or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake, extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings

Abstract

一种构件到构件平面连接支架,其包括多个重复的熔丝元件构造,当在熔丝元件内形成一个或多个非弹性铰链位置时,每个熔丝元件构造都提供预定的非弹性承载能力和可靠的非弹性变形能力。熔丝构造串联互连,使得在支架的第一端与支架的第二端之间的调节的总变形是各个熔丝构造所调节的变形的总和。多个支架以层状配置进行配置,并相互连接以形成连接组件,与单个支架相比,该连接组件提供更高的强度或更高的变形能力。连接组件用于连接第一结构构件和第二结构构件。组件的预定最大非弹性承载能力小于第一结构构件和第二结构构件的弹性承载能力。

Description

构件到构件层状熔丝连接
技术领域
本发明涉及一种组件,该组件用于促进用于结构载荷抵抗系统的构件到构件连接,结构载荷抵抗系统例如但不限于地震和渐进塌陷的结构载荷抵抗系统。
背景技术
已经开发出了多种用于结构应用的装置或支架,其中两个构件之间的相对较大的变形被连接装置的各个元件内的非弹性挠曲变形(旋转)调节。这些装置的独特之处在于,通过使用诸如钢之类的弹性-非弹性或弹性-塑性材料,构件之间的结构完整性或承载能力被维持或可预测。在专利申请US2002/0184836A1,PCT/US2011/042721,US8683758B2和US9514907B2中提供了这种装置的示例。在每种情况下,结构构件之间的强度和变形能力都受到连接结构构件的单个支架的强度和变形能力的限制。
发明内容
本发明设计一种构件到构件连接组件,其包括多个平面连接支架,每个连接支架在形成一个或多个非弹性剪切或挠性铰链位置时提供已知的静态载荷能力和可靠的非弹性变形能力,所述连接支架设置成层状配置,以提高组装强度、变形能力或组装强度和变形能力二者。此外,该组件包括横向约束,该横向约束防止在垂直于所施加载荷和变形的预期方向的所有方向上发生明显运动。各个支架通常包括联接至第一熔丝构造的一侧的第一连接元件,第一熔丝构造用于连接至第一结构构件。支架内的第一熔丝构造的相对端包括用于连接至第二结构构件或串联连接至相邻的相似第二熔丝构造的最末连接元件,然后相似第二熔丝构造可以以任何倍数重复。最终,串联的最末熔丝构造包括用于连接第二结构构件的最末熔丝连接元件。熔丝构造内的熔丝元件可包括提供特定的和已知的铰链位置和条件的多个几何取向中的一个。熔丝构造串联互连,使得在第一熔丝构造的第一连接元件和最末熔丝构造的最末连接元件之间调节的总变形是支架中所有单独的熔丝构造调节的变形的总和。支架包括侧向约束,该侧向约束是与熔丝元件构造分开的元件,或者与熔丝元件构造一体地构造。
熔丝元件被部分或全部配置,以形成圆形、椭圆形、正方形、矩形、六边形、八边形、“S”形或“Z”形或其他类似几何横截面的熔丝元件构造。多个熔丝元件构造通过串联的熔丝连接元件互连,从而创建了平面连接支架(示例请参见图1至图4)。熔丝元件构造中的其他形状和加强元件的使用也在本发明的范围内。支架平面中的侧向约束(在图1至图4中显示在支架的上方和下方)由独立于支架的元件组成,并连接至第一结构构件和第二结构构件中的一个或作为支架的扩展与支架一体地构造。
在一个实施例中,多个支架并联地以层状配置设置,每个支架的第一连接元件直接或通过相邻支架的第一连接元件连接到第一结构构件,并且每个支架的最末连接元件直接或通过相邻支架的最末连接元件连接至第二结构构件(请参见图5)。组件的强度是各个支架强度的总和。组件的变形能力是组件内各个支架中最小的。在使用中,可以在可能遇到地震或其他类似事件的整个结构中将一个或多个组件设置在主要结构构件的一端或两端。在遭受地震事件的建筑结构的情况下,每个支架内的一个或多个熔丝元件会引起非弹性变形。熔丝元件的非弹性变形用于吸收地震力和位移,从而保持主要结构构件和连接部件的弹性完整性。
在第二实施例中,多个支架串联地以层状配置设置,第一支架的第一连接元件连接到第一结构构件,第一支架的最末连接元件连接到第二支架的第一连接元件,第二支架的最末连接构件连接到第二结构构件或连接到相邻支架的第一连接元件,然后相邻支架可以以任何倍数重复。最终,串联中最末支架的最末连接元件连接到第二结构构件。组件的变形能力是各个支架变形能力的总和。组件的强度是组件内各个支架中最小的。可以在相同的方向上(请参见图6)和在相反的方向上(请参见图7)设置相邻的支架。
在另一个实施例中,可以将包括但不限于弹性体、聚合物和增强聚合物、混凝土或水泥浆或其他已知材料的材料放置在全部或部分由包围支架的熔丝元件或侧向约束元件所包围的空隙中,以提供增加的弹性刚度、非弹性刚度和/或阻尼。
各个熔丝元件、熔丝元件构造或连接支架的整体可以由金属(主要是结构钢)通过已知的制造工艺形成,例如从钢板上切割,铸造,焊接形状成型,机械加工,由冷弯板材、挤出或热轧成型,由相似或不相似材料的部件层压形成,或由其他制造或制造工艺形成。在一个实施例中,本发明的连接支架是一体结构。但是,其他已知的材料和制造工艺也在本发明的范围内。
由以串联和并联组合布置的支架组成的各个组件在本发明的范围内。另外,由在相同方向上并联以及在相反方向上并联设置的支架的组合组成的各个组件在本发明的范围内。
附图说明
附图形成说明书的一部分,并且将与说明书一起阅读,其中,在各个视图中,相同的附图标记用于指示相同或相似的部分。
图1是根据本发明的教导的具有“S”形熔丝元件和互连元件配置的构件对构件连接支架的实施例的侧视图;
图2是根据本发明的教导的具有圆形熔丝元件配置的构件到构件连接支架的实施例的侧视图;
图3是根据本发明的教导的具有矩形熔丝元件配置的构件对构件连接支架的实施例的侧视图,该矩形熔丝元件配置具有内部加强元件。
图4是根据本发明的教导的具有以三维图案(既在页面的平面中倾斜并且在页面的平面之外倾斜)设置成螺旋配置的熔丝元件的构件到构件连接支架的一个实施例的侧视图;
图5是根据本发明的教导的构件到构件连接组件的俯视图,其中连接支架并联设置,并且每个支架的第一端连接到第一结构构件,每个支架的最末端连接到第二结构构件。
图6是根据本发明的教导的构件到构件连接组件的俯视图,其中连接支架在同一方向上串联设置,第一支架的第一端连接到第一结构构件,第一支架的最末端连接到第二支架的第一端,第二支架的最末端连接到第三支架的第一端,并且第三端的最末端连接至第二结构构件。
图7是根据本发明的教导的构件到构件连接组件的俯视图,其中连接支架在相反方向上串联设置,第一支架的第一端连接到第一结构构件,第一支架的最末端连接到第二支架的第一端,第二支架的最末端连接到第三支架的第一端,并且第三端的最末端连接至第二结构构件。
具体实施方式
本发明的以下详细描述参考附图,附图示出可以实践本发明的特定实施例。实施例旨在充分详细地描述本发明的方面,以使本领域技术人员能够实践本发明。在不脱离本发明范围的精神的情况下,可以利用其他实施例并且可以进行改变。本发明由所附的权利要求书来限定,因此,本描述不应被视为具有限制意义,并且不应限制这些权利要求所赋予的等同范围。
如图1所示,示出了本发明的连接支架10,其中,连接支架10包括第一连接元件21a、第二连接元件22a以及通过设置在第一和第二连接元件21a和22a之间的互连元件24a互连的一系列熔丝元件23a。通过将变形形状10b与非变形形状10a进行比较,示出了在施加力的方向上的相对变形。变形形状10b表示在施加载荷之前支架10的状态。未变形形状10a表示在施加载荷之后支架10的状态,该载荷导致熔丝元件23a发生非弹性变形。熔丝元件23a和互连元件24a布置成使得第二连接元件22a相对于第一连接元件21a的整体变形(Δ)26a等于每个熔丝元件在施加力的方向上的各个变形(δ)25a的总和。
图1示出了连接支架10的实施例,其中熔丝元件23a和互连元件24a以“S”形图案串联设置,虽然,在不背离本发明的范围的精神的情况下,可以使用实现相同总体效果的任何图案。此外,图1示出了一实施例,其中引导元件20a可以设置在连接支架的多个侧面上以在压缩载荷下提供稳定性并且抵抗名义上正交于所施加载荷的方向的变形。
图2示出了本发明的一实施例,其中,连接支架11包括第一连接元件21b、第二连接元件22b以及由设置在第一连接元件21b和第二连接元件22b之间的互连元件24b互连的一系列熔丝元件23b。熔丝元件23b构造成圆形以产生熔丝配置27a,虽然在不背离本发明范围的精神的情况下,该形状可以具有任何横截面。通过将变形形状11b与非变形形状11a进行比较,示出了在施加力的方向上的相对变形。变形形状11b表示在施加载荷之前支架11的状态。未变形形状11a表示在施加载荷之后支架11的状态,该载荷导致熔丝元件23b发生非弹性变形。熔丝元件23b和互连元件24b被布置成使得第二连接元件22b相对于第一连接元件21b的总变形(Δ)26b等于每个熔丝元件在施加力的方向上的各个变形(δ)25b的总和。
图2示出了一实施例,其中引导元件20b可以设置在连接支架的多个侧面上以在压缩载荷下提供稳定性并且抵抗名义上正交于所施加载荷的方向的变形。
图3示出了本发明的一实施例,其中,连接支架12包括第一连接元件21c、第二连接元件22c以及由设置在第一连接元件21c和第二连接元件22c之间的互连元件24c互连的一系列熔丝元件23c。熔丝元件23c和互连元件24c被构造成具有加强元件28的矩形形状以产生熔丝配置27b,虽然在不背离本发明范围的精神的情况下,这种形状和/或加强配置可以是任何横截面。通过将变形形状12b与非变形形状12a进行比较,示出了在施加力的方向上的相对变形。变形形状12b表示在施加载荷之前支架12的状态。未变形形状12a表示在施加载荷之后支架12的状态,该载荷导致熔丝元件23c发生非弹性变形。熔丝元件23c和互连元件24c被布置成使得第二连接元件22c相对于第一连接元件21c的总变形(Δ)26c等于每个熔丝元件在在施加力的方向上的各个变形(δ)25c的总和。
图3示出了一实施例,其中引导元件20c可以设置在连接支架的多个侧面上以在压缩载荷下提供稳定性并且抵抗名义上正交于所施加载荷的方向的变形。
图4示出了本发明的一实施例,其中,连接支架13包括第一连接元件21d、第二连接元件22d以及布置在第一和第二连接元件21d和22d之间的一系列熔丝元件23d。熔丝元件23d以三维图案(在页面的平面中倾斜并且在页面的平面外倾斜)布置成螺旋形,虽然在不脱离本发明范围的精神的情况下,熔丝元件23d的倾斜和铰接可以改变为其他图案。通过将变形形状13b与非变形形状13a进行比较,示出了在施加力或强制位移方向上的相对变形。变形形状13b表示在施加载荷之前支架13的状态。未变形形状13a表示在施加载荷之后支架13的状态,该载荷导致熔丝元件23d发生非弹性变形。熔丝元件23d被布置成使得第二连接元件22d相对于第一连接元件21d的总变形(Δ)26d等于每个熔丝元件在施加力的方向上的各个变形(δ)25d的总和。
图4示出了一实施例,其中引导元件20d可以设置在连接支架的多个侧面上以在压缩载荷下提供稳定性并且抵抗名义上正交于所施加载荷和强制位移的方向的变形。
连接支架10、11、12和13的其他实施例的熔丝元件的类似的非弹性旋转将类似地执行,并且允许熔丝元件抵抗载荷并在所连接的结构构件之间经历整体的非弹性变形。本发明的一个实质性好处是,在经历诸如飓风、地震、爆炸等类似的重大载荷事件时,连接支架可以经历吸收、耗散和响应载荷事件所需的所有非弹性行为。这样,在这样的事件之后,在大多数情况下,可以通过更换屈服的连接支架而不是更换重要的主要结构构件或整个结构来对建筑物进行翻新。这样可以节省大量的经济费用。
在不脱离本发明范围的精神的情况下,可以使用任何用于组装具有相似几何特性的支架的方法。此外,尽管可能已经针对一种或多种特定类型的载荷(例如地震载荷)描述了示例,但是所描述的连接和结构设计可以用于其他类型的载荷,例如但不限于爆炸、风、热、重力、土壤载荷(包括土壤位移产生的载荷)等。
图5示出了本发明的一实施例,其中,根据本发明的教导,连接组件14包括第一连接支架31a、第二连接支架32a和第三连接支架33a,其每一个都具有以并联配置设置的与实施例中的一个10、11、12和13相似的几何形状,并且每个支架31a、32a和33a的第一连接元件41a、42a和43a分别连接到第一结构构件61a,每个支架31a、32a和33a的最末连接元件51a、52a和53a分别连接到第二结构构件62a。结构紧固件64a在概念上被示为螺栓,虽然在不脱离本发明的范围的情况下,可以使用其他类型的结构紧固件。引导元件63a被示为板,虽然在不脱离本发明的范围的情况下,可以使用引导元件的其他配置。
图6示出了本发明的一实施例,其中,根据本发明的教导,连接组件15包括第一连接支架31b、第二连接支架32b和第三连接支架33b,其每一个都具有以串联配置设置的与实施例10、11、12和13中的一个相似的几何形状,并且第一支架31b的第一连接元件41b连接到第一结构构件61b,第一支架31b的最末连接元件51b连接到第二支架32b的第一连接元件42b,第二支架32b的最末连接元件52b连接到第三支架33b的第一连接元件43b,第三支架33b的最末连接元件53b连接到第二结构构件62b。结构紧固件64b在概念上被示为销钉型紧固件,虽然在不脱离本发明的范围的情况下,可以使用其他类型的结构紧固件。引导元件63b被示为实心的阶梯状元件,虽然在不脱离本发明的范围的情况下,可以使用引导元件的其他配置。
图7示出了本发明的一实施例,其中,根据本发明的教导,连接组件16包括第一连接支架31c、第二连接支架32c和第三连接支架33c,其每一个都具有以串联配置设置的与实施例10、11、12和13中的一个相似的几何形状,并且第一支架31c的第一连接元件41c连接到第一结构构件61c,第一支架31c的最末连接元件51c连接到第二支架32c的第一连接元件42c,第二支架32c的最末连接元件52c连接到第三支架33c的第一连接元件43c,第三支架33c的最末连接元件53c连接到第二结构构件62c。结构紧固件64c在概念上被示为销钉型紧固件,虽然在不脱离本发明的范围的情况下,可以使用其他类型的结构紧固件。
从前述内容可以看出,本发明非常适合于实现上述所有目的和目标,以及显然的和本发明固有的其他优点。
将理解的是,某些特征和子组合是有有效用的,并且可以在不参考其他特征和子组合的情况下被采用。这是由权利要求预期的,并且在权利要求的范围内。
由于在不脱离本发明的范围的情况下可以对本发明做出许多可能的实施例,应该理解,在此阐述或在附图中示出的所有内容都应被解释为说明性的,而不是限制性的。

Claims (17)

1.一种构件到构件连接组件,包括:
至少两个平面连接支架,其以层状配置相邻地配置;
每个所述连接支架包括用于将所述连接支架联接到第一结构构件或相邻连接支架的第一连接构件;
每个所述连接支架包括用于将所述连接支架联接到第二结构部件或相邻连接支架的第二连接构件;
每个所述连接支架包括设置在所述第一连接构件和所述第二连接构件之间的至少一个熔丝构造,所述熔丝构造可操作以在施加预定载荷条件时变形;
所述熔丝构造包括至少一个熔丝元件,所述熔丝元件能够形成至少一个非弹性挠曲的铰链位置,其允许在施加预定载荷条件时在所述第一连接构件和所述第二连接构件之间发生非弹性变形。
2.根据权利要求1所述的构件到构件连接组件,其中,所述铰链位置包括所述熔丝元件的减少的厚度。
3.根据权利要求1所述的构件到构件连接组件,其中,所述熔丝元件具有包括直的、倾斜、渐缩或弯曲的几何形状。
4.根据权利要求1所述的构件到构件连接组件,其中,所述预定载荷小于所述第一结构构件和所述第二结构构件的弹性屈服载荷。
5.根据权利要求1所述的构件到构件连接组件,其中,引导元件设置在组件的多个侧面上,以抵抗名义上正交于所施加的载荷的方向的变形。
6.根据权利要求5所述的构件到构件连接组件,其中,所述引导元件具有诸如直的、倾斜、歪斜、阶梯或弯曲的几何形状。
7.根据权利要求5所述的构件到构件连接组件,其中,所述引导元件联接至所述第一结构构件或所述第二结构构件或与所述第一结构构件或所述第二结构构件一体地构造。
8.根据权利要求5所述的构件到构件连接组件,其中,所述引导元件联接至一个或多个所述连接支架或与一个或多个所述连接支架一体地构造。
9.根据权利要求1所述的构件到构件连接组件,其中,所述熔丝元件部分地或完全地限定空隙,其中,所述空隙填充有弹性体、纤维增强聚合物、混凝土、水泥和压电材料中的一种材料,以提供增加的弹性刚度、非弹性刚度和/或阻尼。
10.根据权利要求1所述的构件到构件连接组件,其中,所述第一结构构件是梁或撑杆中的一个,并且所述第二结构构件是柱或角板中的一个。
11.根据权利要求1所述的构件到构件连接组件,其中,每个所述连接支架的所述第一连接构件联接至所述第一结构构件,并且每个所述连接支架的所述第二连接构件联接至所述第二结构构件。
12.根据权利要求1所述的构件到构件连接组件,其中,第一连接支架的所述第一连接构件联接至所述第一结构构件;
所述第一连接支架的所述第二连接构件联接至第二连接支架的所述第一连接构件;
所述第二连接支架的所述第二连接构件联接至所述第二结构构件。
13.根据权利要求1所述的构件到构件连接组件,其中,第一连接支架的所述第一连接构件联接至所述第一结构构件;
所述第一连接支架的所述第二连接构件联接至第二连接支架的所述第一连接构件;
所述第二连接支架的所述第二连接构件联接至最末连接支架的所述第一连接构件;
所述最末连接支架的所述第二连接构件联接至所述第二结构构件。
14.根据权利要求13所述的构件到构件连接组件,其中,重复所述第二连接支架,使得设置多个连接支架,并且在所述第一连接支架和所述最末连接支架之间串联连接。
15.根据权利要求12所述的构件到构件连接组件,其中,所述第一连接支架和所述第二连接支架在相反的方向设置。
16.根据权利要求13所述的构件到构件连接组件,其中,一个或多个所述连接支架在与相邻连接支架相反的方向设置。
17.根据权利要求14所述的构件到构件连接组件,其中,一个或多个所述连接支架在与相邻连接支架相反的方向设置。
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