CN111601938A - 地震屈服连接 - Google Patents

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Abstract

所公开的技术提供了一种地震屈服连接器。地震屈服连接器包括：U形板，其配置将面板的侧面螺柱连接至面板的另一部件；以及屈服板，其位于U形板和面板的侧面螺柱之间。高强度螺栓将U形板、屈服板和面板的侧面螺柱连接到结构柱。衬套位于U形板和结构柱之间。

Description

地震屈服连接
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月3日提交的标题为“Seismic Yielding Connection”的美国临时专利申请序列号62/567,446的优先权以及于2018年10月3日提交的标题为“Seismic Yielding Connection”的美国非临时专利申请序列号16/149,976的优先权，其公开和教导的所有内容通过引用特别地结合在此。
技术领域
本申请涉及建筑构件，更具体地说是用于商业和住宅结构的建筑面板连接。
背景技术
地震可能会在建筑物结构上释放突然的巨大力。地震多发地区的建筑物通常采用剪力板和组合件，结构系紧装置以及减震系统来承受地震的作用。然而，这些解决方案可能需要大量的结构扩充并且可能是昂贵的。
发明内容
所描述的技术通过提供抗震屈服连接器解决了一个或多个前述问题。地震屈服连接器包括：U形板，其配置为将面板的侧面螺柱连接至面板的另一部件；以及屈服板，其位于U形板和面板的侧面螺柱之间。高强度螺栓将U形板、屈服板和面板的侧面螺柱连接到结构柱。衬套位于U形板和结构柱之间。
附图说明
图1示出了地震屈服板的示例，该地震屈服面板具有将面板连接到结构柱的地震屈服连接器。
图2示出了将面板连接至结构柱的示例抗震连接器的透视图。
图3示出了将面板连接到结构柱的示例抗震连接器。
图4示出了将面板连接至结构柱的示例抗震连接器的俯视图。
图5示出了将面板连接到结构柱的示例抗震连接器的透视图。
图6示出了将面板连接到结构柱的示例抗震连接器的透视图，其中在结构柱内部使用了螺纹连接器板。
图7示出了将面板连接到结构柱的示例抗震连接器的透视图，其中在结构柱内部使用了螺纹连接器板。
图8示出了在I形梁上实施的示例性地震屈服连接器。图8A示出了在I形梁上实施的示例性地震屈服连接器的俯视图。图8B示出了在I形梁上实施的示例性地震屈服连接器的正视图。
图9示出了用于组装地震屈服连接器以将面板连接至结构柱的示例操作。
具体实施方式
图1示出了示例地震屈服面板100，其具有将面板114连接至结构柱116和118的地震屈服连接器102、104、106、108、110和112。地震屈服板100可以与其他地震屈服板结合用于冷弯的钢建筑结构中。例如，面板114可以在施工现场预制和组装。地震屈服板100可用于更可能发生地震的区域，以确保建筑物能承受地震力。尽管面板114被示为V形支撑的水平桁架面板，但是可以通过地震屈服连接来增加具有其他构造和结构组件的其他类型的面板，例如弯矩框架。
在建筑物的建造期间，面板114使用抗震屈服连接器连接到结构柱116和118。结构柱116和118可以是空心结构截面(HSS)柱，并且可以具有多种横截面形状，包括但不限于正方形或矩形横截面。结构柱116和118各自包括用于容纳高强度螺栓的开口(未示出)，该高强度螺栓作为抗震连接器的一部分。取决于结构柱116和118的位置，每个结构柱116和118可以连接到一个或多个面板。例如，位于建筑物角落处的结构柱可以连接至两个面板，而沿建筑物的外壁位于内壁与外壁相接的点处的结构柱可以连接至三个面板。
地震屈服连接器102、104、106、108、110和112在面板114与结构柱116和118之间建立连接，这些连接的刚度足以调动面板114的固有刚度，从而有助于控制小型地震期间地面运动的破坏。地震屈服连接器102、104、106、108、110和112中的衬套允许地震屈服连接器在地震期间塑性变形，从而在整个系统中消耗能量。因此，面板114，抗震连接器102、104、106、108、110和112以及结构柱116和118在地震期间不太可能被损坏。
如图1所示面板114是具有顶部轨道26和底部轨道28的V形支撑的水平桁架面板。顶部轨道26的内侧是连续的水平撑杆，其由背对背(腹板到腹板)履带30和32(称为双水平撑杆)组成，它们被地震屈服连接器104锚定到侧柱36，并通过抗震连接器110锚定到面板114侧面的侧柱38。由轨道30和32形成的连续水平支架与顶部轨道26之间的区域包含由双头螺柱制成的垂直成角度的带子。该支撑区域支撑施加在面板114上的垂直和侧向力，并将其传递到附接在V形支撑水平桁架面板的每个侧柱36和38的柱116和118。
面板114也具有两个内侧螺柱44和46以及由固定板34锚固到顶部轨道26和底部轨道28以及轨道30和32的中央螺柱48。侧柱36和38穿过腹板14的端部以及轨道30和32的唇缘18中的端部切口，使得柱36和38的凸缘16在轨道26的端部邻接轨道26、28、34和36端部的凸缘16。固定板34在这些邻接区域处。类似地，内侧螺柱44和46以及中央螺柱48穿过轨道30和32的腹板和唇缘的内部切口，使得双头螺栓36和38的凸缘外部以及中央螺柱的外部邻接轨道26、28、36和38的凸缘的内部。固定板34在这些邻接区域处。例如，五个垂直螺柱36、38、44、46和48可以以中心为基准间隔24"。内侧螺柱44和46以及中央螺柱48穿过轨道30和32的点是铰链连接(即，单个紧固件允许旋转)。面板114的螺柱还用于支撑干墙、管道、电线、管道组件等。
面板114还包含连续的V形支架。这种V型支撑在设计和工程上是独一无二的。V型支架的两条腿是V型支架螺柱54和56。V型支架螺柱54通过抗震屈服连接器104锚固在轨道30和32正下方的侧柱36上，并通过顶点板60锚固在底部轨道28上，并穿过内侧螺柱44的腹板中的内部切口。V型支架螺柱54的腹板抵靠每个螺柱36和44以及轨道28的一个凸缘。
类似地，V型支撑柱56通过抗震屈服连接器110固定在轨道30和32下方的侧柱38上，并通过顶点板60固定在底部轨道28上，并穿过内侧柱46中的内部切口。V型支架螺柱56的腹板抵靠每个螺柱38和46以及轨道28的一个凸缘。
V型支架螺柱54和56的腹板平行于面板114的螺柱36、44、48、46和38的腹板放置。而且，V型支架螺柱54和56从轨道30和32的正下方通过内侧的螺柱44和46连续地延伸到基本上在底部轨道28的中间的“V”的顶点。V形支撑的顶点处的连接通过顶点板60和结构焊缝来形成，其将V形支架螺柱54和56与中央螺柱48互连。面板60、底部轨道28以及螺柱48和V型支架螺柱54和56通过焊接相互连接。内侧螺柱46还在内侧螺柱46穿过轨道30和32中的内部切口52的点处，通过紧固板34和焊缝附接顶部轨道26以及轨道30和32。顶板60可以由诸如18-14规格的冷轧钢之类的材料构成。
V型支架螺柱54和56，到侧柱36和38、到中央螺柱48和轨道28的连接是力矩连接，并改善了面板114的侧向结构性能。这些连接有利于将作用在面板114上的大部分侧向力传递到地震屈服板100的结构柱116和118。
面板114也包含提供水平支撑的轨道62。轨道62位于例如由V型支架螺柱54和56形成的V形支架的中间。轨道62具有用于容纳内侧螺柱44和46的端部切口，具有用于容纳中央螺柱48的内部切口52，并且通过紧固件锚固至内侧螺柱44和46和中央螺柱48。轨道62有助于面板114的侧向力结构性能。
图2示出了将面板连接到结构柱218的示例地震屈服连接器的透视图。地震屈服连接器包括U形板220、螺栓板222、高强度螺栓(未示出)和外部衬套(未示出)。所示的地震屈服连接器将面板的右侧连接到圆柱218。面板的角由轨道26、桁架构造区域梁腹56和侧柱38形成，它们都焊接到U形板220上。
U形板220以形成由U形板220和侧柱38外表面形成腔体的方式连接至侧柱38。该腔体为屈服板222提供了空间。屈服板222构造成在地震事件期间塑性变形。在一些实施方式中，屈服板222的厚度可以取决于屈服板222位于较大结构内的位置。例如，在具有多个楼层的建筑物中，位于较高楼层上的屈服板的厚度可能较小，这是因为在地震事件中较高楼层上可以承受更大的位移。
可以使用位于U形板220上的焊接槽将U形板220焊接到轨道26、桁架构造区域梁腹56和侧柱38中的每一个。为了简化构造，可以首先使用侧面螺柱38、桁架构形区域梁腹56和轨道26中的每个铆钉将U形板220固定到面板上。铆钉有助于将组件固定在适当的位置，以实现更简单、更准确的焊接。U形板220、屈服板222和侧柱38通过高强度螺栓、衬套和垫圈(在图2中未示出并且在下面进一步讨论)连接到柱218。
U形板220可以由冷弯钢制成U形板220上的焊接槽的尺寸、形状和构造将根据U形板220在面板上的位置而改变。例如，参考图1，作为地震屈服连接器110的一部分的U形板大于作为地震屈服连接器108的一部分的U形板，以适应桁架构造区域梁腹56的角度。类似地，作为抗震连接器106和112一部分的U形板比其他U形板具有更少的焊接槽，因为它们分别将侧柱36和38连接到底部轨道28。
图3示出了将面板连接到结构柱的示例抗震连接器所示的地震屈服连接器将面板的右侧连接到圆柱318。U形板320缠绕在面板的侧柱38周围。另外，U形板320用作面板的侧柱38，轨道26和桁架构造区域梁腹56之间的连接。U形板320附接至侧柱38，从而由U形板320和侧柱38形成腔体326。腔体326是放置屈服板(未示出)的地方。
外部衬套324位于柱318与U形板320的右侧之间。当地震力施加在地震屈服连接器上时，U形板320和屈服板围绕外部衬套324变形。外部衬套324为U形板320和屈服板创造了不与柱318接触也能变形的空间。另外，外部衬套324的圆形形状允许在现场进行容易的质量控制。
在一些实施方式中，外部衬套324的外径可以取决于外部衬套324在较大结构内的位置。例如，当外部衬套324位于多层建筑物中的较高楼层上时，外径可以较小，以允许U形板320和屈服板更大的变形。
图4示出了将面板连接至结构柱的示例抗震连接器的俯视图。U形板420附接到面板的轨道26。U形板420以创造用于屈服板422的腔体的方式附接。为了将轨道26和侧柱38附接到柱418，将高强度螺栓430插入穿过侧柱38，屈服板422，U形板420和柱418。垫圈436可以包括在高强度螺栓430的头部与柱418之间。外部衬套424在U形板420和柱418之间提供间隔。在一些实施方式中，内部衬套428位于侧柱38和螺母432之间。螺母432固定高强度螺栓430。在一些实施方式中，内部衬套428可以是带螺纹的，从而不需要螺母432。
在其他实施方式中，高强度螺栓430从侧柱38穿过屈服板422，外部衬套424和圆柱418。高强度螺栓430的端部可使用各种固定机构固定在柱418内，所述固定机构包括但不限于螺母，垫圈，螺纹衬套或螺纹板。
屈服板422由韧性钢制成。屈服板422的前边缘可以圆边以装配到U形板420中，并且当地震载荷施加在地震屈服连接器上，屈服板422变形时避免应力集中。屈服板422可以具有各种厚度，并且更希望在建筑物的不同部分中屈服板422具有不同厚度。例如，因为屈服板422的厚度控制U形板422的位移，所以较厚的屈服板422可以用于安装在高层建筑物的较低楼层上的地震屈服连接器中，此处在地震事件中允许的位移较小。相反地，具有较小厚度的屈服板422可以用于安装在高层建筑的上层的地震屈服连接器中，此处在地震事件中允许的位移较大。
当地震力施加到地震屈服连接器时，屈服板422和U形板420在外部衬套424周围变形。像屈服板422可能具有的各种厚度一样，根据地震屈服连接器所在建筑物中的位置，外部衬套424可以具有各种直径。屈服板422厚度和外部衬套424直径的分类提供了设计能力的有用范围。
地震屈服连接器创造提供大位移能力的延展性连接，这对于满足在最大考虑地震地面运动(MCE地面运动)中防止倒塌的建筑规范标准而言是必要的。通过材料的应变硬化和大位移时的几何强化，抗震屈服连接器会随着钢材屈服而继续获得强度。这种强度的增加对于防止MCE地面运动中的倒塌非常有帮助。地震屈服连接器的配置也为屈服设计机制的计算提供了一种简单的方法。抗震连接器设计的足够脆弱以避免重要的冷弯型钢元件在载荷路径中过早失效。考虑到钢柱的损失，抗震屈服连接器的强度和延展性还可以抵抗结构的逐渐塌陷。
图5示出了将面板连接到结构柱的示例抗震连接器的透视图。地震屈服连接器将轨道26，桁架构形区域梁腹56和侧柱38连接到柱518。地震屈服连接器包括U形板520，屈服板(未示出)和高强度螺栓530。U形板520附接到轨道26，桁架构造区域梁腹56和侧柱38。在一种实施方式中，可使用位于U形板520上的焊接槽将轨道26，桁架构型区域梁腹56和侧柱38焊接到U形板520上。U形板520还可具有用于铆钉的孔。在焊接过程中，铆钉可将U形板520相对于轨道26，桁架构造区域梁腹56和侧柱38固定在适当的位置。U形板520附接至侧柱38，从而由U形板520和侧柱38形成腔体。屈服板位于由U形板520和侧柱38形成的腔体内。
柱518通过高强度螺栓530附接到地震屈服连接器。高强度螺栓530穿过侧立柱38，屈服板，U形板520，外部衬套(未示出)和柱518。内部衬套528和螺母532可用于将高强度螺栓830固定在侧柱38内。在一些实施方式中，内部衬套528是带螺纹的，因此不需要额外的螺母532来固定内部衬套528。垫圈可以放置在高强度螺栓530的头部和圆柱518之间。
在其他实施方式中，高强度螺栓530从侧柱38穿过屈服板522、外部衬套524和柱518。高强度螺栓530的端部可以使用螺母，垫圈，带螺纹的衬套或带螺纹的板固定在柱518内。
图6示出了将面板连接到结构柱618的示例抗震连接器的透视图，其中在结构柱618内部使用了螺纹连接器板640地震屈服连接器将轨道26、桁架构造区域梁腹56和侧柱38连接到结构柱618。地震屈服连接器包括U形板620、屈服板622、高强度螺栓630和外部衬套(未示出)。U形板620附接到轨道26、桁架构造区域梁腹56和侧柱32。在一种实施方式中，使用位于U形板620上的焊接槽，将轨道26、桁架构造区域梁腹56和侧柱32都焊接到U形板620上。U形板620还可具有用于铆钉的孔。在焊接过程中，铆钉可将U形板620相对于轨道26、桁架构造区域梁腹56和侧柱38固定在适当的位置。U形板620附接到侧柱32，从而由U形板620和侧柱38形成腔体。屈服板622位于由U形板620和侧销38形成的腔体内。
结构柱618通过高强度螺栓630附接到地震屈服连接器。高强度螺栓630穿过内衬套628，侧销38，屈服板622，U形板620，外衬套(未示出)和结构柱618。螺纹连接板640位于柱618的内部。螺纹连接器板640使用螺纹孔(例如，螺纹孔642)将高强度螺栓630固定在柱618内。如图所示，高强度螺栓630的螺纹端630b由螺纹板640固定。
图7示出了将面板连接到结构柱718的示例抗震连接器的透视图，其中在结构柱718内部使用了螺纹连接器板740。地震屈服连接器将轨道26，桁架构形区域梁腹56和侧柱38连接到柱718。地震屈服连接器包括U形板720，屈服板(未示出)和高强度螺栓730。U形板720附接到轨道26、桁架构造区域梁腹56和侧柱38。在一种实施方式中，使用位于U形板720上的焊接槽将轨道26，桁架构型区域梁腹56和侧柱38都焊接到U形板720上。U形板720还可具有用于铆钉的孔。在焊接过程中，铆钉可将U形板720相对于轨道26，桁架构造区域梁腹56和侧柱38固定在适当的位置。U形板720附接至侧柱38，使得由U形板720和侧柱38形成一个腔体。屈服板位于由U形板720和侧柱38形成的腔体内。
结构柱718通过高强度螺栓730附接到地震屈服连接器。高强度螺栓730穿过内衬套728，侧柱38，屈服板，U形板720，外衬套(未示出)和结构柱718。螺纹连接器板740位于结构柱718内部。螺纹连接器板740通过螺纹孔(例如，螺纹孔742)将高强度螺栓730固定在结构柱718内部。
图8示出了在I形梁上实施的示例性地震屈服连接器。图8A示出了在I形梁上实施的示例性地震屈服连接器的俯视图。图8B示出了在I形梁上实施的示例性地震屈服连接器的正视图。在此实施方式中，地震屈服连接器包括屈服管844、高强度螺栓830、衬套824和带螺纹的连接器板840。屈服管844连接到I形梁842。在一种实施方式中，将屈服管844焊接到I形梁842。然后，使用高强度螺栓830将屈服管844连接到柱818。高强度螺栓830穿过屈服管844、衬套824和柱818。在一种实施方式中，高强度螺栓830使用螺纹连接器板840固定。在其他实施方式中，可以使用螺母，垫圈和衬套的任何组合来固定高强度螺栓830。虚线846示出了当地震屈服连接器受到地震力时屈服管844如何变形。
图9示出了用于组装地震屈服连接器以将面板连接至结构柱的示例操作。地震屈服连接器包括U形板、屈服板、高强度螺栓和衬套。第一插入操作902将高强度螺栓插入穿过结构柱中的开口。在一些实施方式中，结构柱可具有切开的开口以适应具有特定类型面板的地震屈服连接器的高度。在其他实施方式中，规则的开口可以沿着结构柱间隔开以允许弯曲。
装配操作904将外部衬套装配到高强度螺栓上。外部衬套最终位于结构柱的外部，并位于结构柱和U形板之间。外部衬套在结构柱和U形板之间提供了间隔，当存在地震力时，允许U形板围绕外部衬套变形。外部衬套的外径可以变化以控制U形板的变形。例如，与具有较小外径的外部套管相比，具有较大外径的外部套管将允许U形板变形较小。
第二插入操作906将高强度螺栓插入U形板中的开口、屈服板中的开口以及面板的侧柱螺栓中的开口中。第二插入操作906创建地震屈服连接器。将U形板连接到面板的侧边螺柱(例如通过焊接)，使U形板的内表面和面板的侧边螺栓的外表面之间留有用于屈服板的腔体。该U形板还可以用作面板的侧柱与面板的其他部件之间的连接器。
固定操作908通过内部固定机构固定高强度螺栓。在一些实施方式中，内部固定机构是内部衬套。当内部衬套充当内部固定机构时，内部衬套带有螺纹以将高强度螺栓固定在适当位置，作为抗震屈服连接器的一部分。在其他实施方式中，可以在将另一种内部固定机构(例如螺母)放置在高强度螺栓上之前，将无螺纹的内部衬套放置在高强度螺栓上，以将高强度螺栓固定在地震屈服连接器中。
上面的说明书，示例和数据提供了对本发明的示例性实施方式的结构和使用的完整描述。由于可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出本发明的许多实施方式，因此本发明存在于下文所附的权利要求中。此外，在不脱离所叙述的权利要求的情况下，可以将不同实施方式的结构特征组合在又一实施方式中。虽然已经示出和描述了本发明的实施例和应用，但是受益于本公开的本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本文的发明构思的情况下，可以进行比上述更多的修改。因此，除了所附权利要求的精神之外，本发明不受限制。

Claims (20)

1.一种地震屈服连接器，包括：
U形板，其配置为将面板的侧柱连接到面板的另一部件；
屈服板，其位于U形板和面板的侧柱之间；
高强度螺栓，其将U形板、屈服板和面板的侧柱连接到结构柱上；和
衬套，其位于U形板和结构柱之间。
2.根据权利要求1所述的地震屈服连接器，其中，所述屈服板的厚度取决于所述地震屈服连接器在较大结构内的位置。
3.根据权利要求1所述的抗震连接器，其中，所述衬套的外径取决于所述抗震连接器在较大结构内的位置。
4.根据权利要求1所述的地震屈服连接器，还包括：
位于侧柱内表面上的内部衬套。
5.根据权利要求4所述的抗震连接器，其中，所述内衬套是螺纹衬套。
6.根据权利要求1所述的地震屈服连接器，其中，所述屈服板在至少一个面上具有圆连的边缘。
7.一种地震屈服板，所述地震屈服板包括：
面板，其包括上部桁架结构和一个或多个侧柱；
一个或多个结构柱；和
一个或多个抗震连接器，其将面板的一个或多个侧柱连接到一个或多个结构柱，所述一个或多个抗震连接器中的每一个包括：
U形板，其配置将一个或多个侧柱中的一个连接到面板的另一部件；
屈服板，其位于U形板和面板的一个或多个侧柱的其中一个之间；
高强度螺栓，其连接U形板、屈服板和面板的一个或多个侧柱之一；和
衬套，其位于U形板和一个或多个结构柱的其中一个之间。
8.根据权利要求7所述的地震屈服板，其中，所述面板是V形支撑板。
9.根据权利要求7所述的地震屈服板，其中，所述面板是矩形框架组件。
10.根据权利要求7所述的地震屈服板，其中，所述屈服板的厚度取决于所述地震屈服连接器在较大结构内的位置。
11.根据权利要求7所述的地震屈服板，其中，所述衬套的外径取决于所述抗震连接器在较大结构内的位置。
12.根据权利要求7所述的地震屈服板，其中，至少一个所述抗震连接器还包括位于所述侧柱的内表面上的内衬套。
13.根据权利要求12所述的地震屈服板，其中，所述内衬套是螺纹衬套。
14.根据权利要求7所述的地震屈服板，其中，所述屈服板在至少一个面上具有圆连的边缘。
15.一种使用地震屈服连接器将地震屈服板连接到结构柱的方法，该方法包括：
将高强度螺栓穿过结构柱的开口；
将外部衬套安装到高强度螺栓上；
将高强度螺栓插入U形板的开口、屈服板的开口和面板的侧柱螺栓的开口中；和
用内部固定机构固定高强度螺栓。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述内部固定机构是螺纹衬套。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述屈服板的厚度取决于所述地震屈服连接器在较大结构内的位置。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述外部衬套的外径取决于所述地震屈服连接器在较大结构内的位置。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述屈服板在至少一个面上具有圆连的边缘。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述高强度螺栓是带螺纹的螺栓。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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