TW201522808A - 消能接合組件及使用其之耐震結構體 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種消能接合組件及使用其之耐震結構體。該消能接合組件包括：一接合板，具有二接合區段及一消能區段，該二接合區段用以接合一結構本體，該消能區段位於該二接合區段之間，且該消能區段具有複數個槽孔，各該槽孔具有一長度及一寬度；及複數個螺栓，消能區之鋼板並設置槽孔，槽孔並裝置螺栓，利用該等螺栓以束制鋼板產生面外變形，而各該槽孔內之螺栓可在鋼板平面滑動。該消能區段之兩端區域則與該結構本體牢固接合。各該螺栓具有一頭部，各該頭部之外徑小於各該槽孔之長度，但大於各該槽孔之寬度。本發明可將作用於該結構本體之外力(如地震或颱風作用力)轉換為於消能區較均勻之拉力及壓力，以避免產生應力集中而破壞該結構本體。

Description

消能接合組件及使用其之耐震結構體
本發明係關於一種消能耐震結構，特別係關於一種消能接合組件及使用其之耐震結構體。
習知建築鋼結構體或鋼橋柱(樑)結構體常受地震或颱風侵襲而受損或倒塌，且修復上非常困難。
圖1顯示習知鋼橋柱(樑)結構體受地震水平力作用之示意圖。圖2顯示習知鋼橋柱(樑)結構體受地震水平力作用之彎矩圖。配合參閱圖1及圖2，習知鋼橋柱(樑)結構體60受地震水平力作用時，會在鋼橋柱61之底部產生最大作用彎矩，進而造成鋼橋柱61產生撓曲變形及發生局部挫屈，以致鋼橋柱61產生斷裂，且鋼橋柱61之錨碇處深埋於地面下，故地震後亦難以檢測其受損情況。此外，鋼橋柱61在理想狀態下僅能產生一力學上之傳統塑性鉸，故耐震能力亦受限。
另外，習知建築鋼結構體之受損原因則常在於地震作用力會集中在樑柱接頭區，以致結構體斷裂或倒塌。
由於上述結構體之損壞皆可能造成嚴重災害及龐大之財物損失，因此，有必要提供一創新且具進步性之消能接合組件及耐震結構體，以解決上述問題。
本發明提供一種消能接合組件，包括：一接合板，具有二接合區段及一消能區段，該二接合區段用以接合一結構本體，該消能區段 位於該二接合區段之間，且該消能區段具有複數個槽孔，各該槽孔具有一長度；及複數個螺栓，分別設置於該消能區段之各該槽孔，以將該消能區段接合於該結構本體，各該螺栓具有一頭部，各該頭部之外徑小於各該槽孔之長度。
本發明另提供一種耐震結構體，包括：一結構本體及一消能接合組件。該結構本體具有一選定消能區域。該消能接合組件包括：一接合板，具有二接合區段及一消能區段，該二接合區段接合於該結構本體之選定消能區域，該消能區段位於該二接合區段之間，且該消能區段具有複數個槽孔，各該槽孔具有一長度；及複數個螺栓，分別設置於該消能區段之各該槽孔，以將該消能區段接合於該選定消能區域，各該螺栓具有一頭部，各該頭部之外徑小於各該槽孔之長度。
本發明之消能接合組件可將作用於該結構本體之外力(如地震或颱風作用力)轉換為較均勻之拉力及壓力，以避免產生應力集中而破壞該結構本體。此外，藉由該等螺栓於該接合板之消能區段的束制作用，亦可抑制該結構本體之面外變形。
為了能夠更清楚瞭解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明所述目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
10‧‧‧消能接合組件
12‧‧‧接合板
14‧‧‧接合螺栓
16‧‧‧螺栓
20‧‧‧耐震結構體
22‧‧‧結構本體
22A‧‧‧選定消能區域
22B‧‧‧箱型鋼柱
22H‧‧‧H型鋼柱
22S‧‧‧鋼樑
24‧‧‧消能接合組件
25‧‧‧接合板
26‧‧‧接合螺栓
27‧‧‧螺栓
50‧‧‧結構本體
60‧‧‧鋼橋柱(樑)結構體
61‧‧‧鋼橋柱
122‧‧‧接合區段
122H‧‧‧接合圓孔
124‧‧‧消能區段
124H‧‧‧槽孔
162‧‧‧頭部
252‧‧‧接合區段
252H‧‧‧接合圓孔
254‧‧‧消能區段
254H‧‧‧槽孔
272‧‧‧頭部
d‧‧‧頭部之外徑
D‧‧‧各該接合圓孔之直徑
G1‧‧‧各該接合圓孔之間距
G2‧‧‧各該槽孔之間距
L‧‧‧各該槽孔之長度
W‧‧‧各該槽孔之寬度
圖1顯示習知鋼橋柱(樑)結構體受地震水平力作用之示意圖；圖2顯示習知鋼橋柱(樑)結構體受地震水平力作用之彎矩圖；圖3顯示本發明第一實施例消能接合組件之立體組合圖；圖4顯示本發明第一實施例接合板之結構俯視圖；圖5顯示本發明第一實施例消能接合組件接合於一結構本體之示意圖；圖6顯示本發明第二實施例消能接合組件之立體組合圖； 圖7顯示本發明第三實施例消能接合組件之立體組合圖；圖8顯示本發明第四實施例消能接合組件之立體組合圖；圖9顯示本發明第一實施例耐震結構體之結構示意圖；圖10顯示本發明第一實施例耐震結構體所提供之彎矩強度分佈圖；圖11顯示本發明第二實施例耐震結構體之結構示意圖；及圖12顯示本發明第三實施例耐震結構體之結構示意圖。
圖3顯示本發明第一實施例消能接合組件之立體組合圖。圖4顯示本發明第一實施例接合板之結構俯視圖。圖5顯示本發明第一實施例消能接合組件接合於一結構本體之示意圖。配合參閱圖3、圖4及圖5，本發明第一實施例之消能接合組件10包括一接合板12、複數個接合螺栓14及複數個螺栓16。
該接合板12具有二接合區段122及一消能區段124。該二接合區段122用以接合一結構本體50，該結構本體50係可選自如下的其中一種：鋼樑、鋼柱、建築、橋樑、橋柱及前述至少二者之組合。在本實施例中，該接合板12係為鋼板，且各該接合區段122具有複數個接合圓孔122H。
該消能區段124位於該二接合區段122之間，該消能區段124之面積大於各該接合區段122之面積，且該消能區段124具有複數個槽孔124H。或者，在另一實施例中，該消能區段124之面積係可小於各該接合區段122之面積。
在本實施例中，該等槽孔124H係呈規則排列，且各該槽孔124H之尺寸係相同。此外，各該槽孔124H之尺寸大於各該接合圓孔122H之尺寸，且較佳地，各該槽孔124H之間距G2大於各該接合圓孔122H之間距G1。
在本實施例中，各該槽孔124H係為長槽孔，因此，各該槽孔124H具有一長度L及一寬度W。較佳地，各該槽孔124H之長度L大於各該接合圓孔122H之直徑D，且各該槽孔124H之寬度W亦不小於各該接合圓孔122H之直徑D。
該等接合螺栓14分別設置於各該接合區段122之各該接合圓孔122H，以將各該接合區段122接合於該結構本體50。在本實施例中，各該接合區段122之接合螺栓14設置數量係相同。
該等螺栓16分別設置於該消能區段124之各該槽孔124H，以將該消能區段124接合於該結構本體50。在本實施例中，各該螺栓16具有一頭部162，各該頭部162之外徑d小於各該槽孔124H之長度L，但大於各該槽孔124H之寬度W。藉由該等螺栓16於該接合板12之消能區段124的束制作用，可抑制該結構本體50之面外變形。此外，各該螺栓16之頭部162係可為螺帽。
本發明之消能接合組件10可將作用於該結構本體50之外力(如地震或颱風作用力)轉換為較均勻之拉力及壓力，以避免產生應力集中而破壞該結構本體50。
圖6顯示本發明第二實施例消能接合組件之立體組合圖。配合參閱圖3及圖6，本發明第二實施例消能接合組件之結構特徵基本上與第一實施例相同，其差異處僅在於各該槽孔124H之長度L不小於各該螺栓16之各該頭部162之兩倍外徑2d，以使各該槽孔124H可設置多個螺栓16。
圖7顯示本發明第三實施例消能接合組件之立體組合圖。配合參閱圖3、圖4及圖7，本發明第三實施例消能接合組件之結構特徵基本上與第一實施例相同，其差異處僅在於該二接合區段122省略製作該等接合圓孔122H及省略該等接合螺栓14，而該二接合區段122改以銲接接合於該結構本體50。
圖8顯示本發明第四實施例消能接合組件之立體組合圖。配合參閱圖7及圖8，本發明第四實施例消能接合組件之結構特徵基本上與第三實施例相同，其差異處僅在於各該槽孔124H之長度L不小於各該螺栓16之各該頭部162之兩倍外徑2d，以使各該槽孔124H可設置多個螺栓16。
參閱圖9，其係顯示本發明第一實施例耐震結構體之結構示意圖。本發明第一實施例之耐震結構體20包括一結構本體22及一消能接合組件24。
在本實施例中，該結構本體22係為橋柱，且該結構本體22具有一選定消能區域22A。該選定消能區域22A之大小係依耐震需求決定，且該選定消能區域22A之強度設計為略低於地震產生之作用力。
該消能接合組件24包括一接合板25、複數個接合螺栓26及複數個螺栓27。
該接合板25具有二接合區段252及一消能區段254。該二接合區段252接合於該結構本體22之選定消能區域22A。在本實施例中，各該接合區段252之面積係相同，且各該接合區段252具有複數個接合圓孔252H，較佳地，各該接合區段252之接合圓孔252H的數量係相同，且各該接合圓孔252H之間距G1亦相同。該消能區段254位於該二接合區段252之間，該消能區段254之面積大於各該接合區段252之面積，且該消能區段254具有複數個槽孔254H。
在本實施例中，該等槽孔254H係呈規則排列，且各該槽孔254H之尺寸係相同。此外，各該槽孔254H之尺寸大於各該接合圓孔252H之尺寸，且較佳地，各該槽孔254H之間距G2大於各該接合圓孔252H之間距G1。另外，在本實施例中，各該槽孔254H係為長槽孔，因此，各該槽孔254H具有一長度L及一寬度W。較佳地，各該槽孔254H之長度L大於各該接合圓孔252H之直徑D，且各該槽孔254H之寬度W 亦不小於各該接合圓孔252H之直徑D。
該等接合螺栓26分別設置於各該接合區段252之各該接合圓孔252H，以將各該接合區段252接合於該選定消能區域22A。或者，在另一實施例中，各該接合區段252係可以銲接接合於該選定消能區域22A。
該等螺栓27分別設置於該消能區段254之各該槽孔254H，以將該消能區段254接合於該選定消能區域22A。在本實施例中，各該螺栓27具有一頭部272，各該頭部272之外徑d小於各該槽孔254H之長度L。藉由該等螺栓27於該接合板25之消能區段254的束制作用，可抑制該選定消能區域22A之面外變形。
參閱圖10，其係顯示本發明第一實施例耐震結構體所提供之彎矩強度分佈圖。圖10之結果證明，地震水平力對該耐震結構體20造成之彎矩可有效透過該接合板25均勻傳遞，並經由該接合板25之消能區段254消散大部分之地震能量。
參閱圖11，其係顯示本發明第二實施例耐震結構體之結構示意圖。本發明第二實施例耐震結構體之結構特徵基本上與第一實施例相同，其差異處僅在於該結構本體22係為鋼樑22S與箱型鋼柱22B之組合，而該選定消能區域22A係為樑柱接頭區，該消能接合組件24則裝設於該樑柱接頭區。
參閱圖12，其係顯示本發明第三實施例耐震結構體之結構示意圖。本發明第三實施例耐震結構體之結構特徵基本上與第二實施例相同，其差異處僅在於該結構本體22係為鋼樑22S與H型鋼柱22H之組合。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
10‧‧‧消能接合組件
12‧‧‧接合板
14‧‧‧接合螺栓
16‧‧‧螺栓
50‧‧‧結構本體
122‧‧‧接合區段
122H‧‧‧接合圓孔
124‧‧‧消能區段
124H‧‧‧槽孔
162‧‧‧頭部
d‧‧‧頭部之外徑
D‧‧‧各該接合圓孔之直徑
G1‧‧‧各該接合圓孔之間距
G2‧‧‧各該槽孔之間距
L‧‧‧各該槽孔之長度
W‧‧‧各該槽孔之寬度

Claims (23)

  1. 一種消能接合組件，包括：一接合板，具有二接合區段及一消能區段，該二接合區段用以接合一結構本體，該消能區段位於該二接合區段之間，且該消能區段具有複數個槽孔，各該槽孔具有一長度；及複數個螺栓，分別設置於該消能區段之各該槽孔，以將該消能區段接合於該結構本體，各該螺栓具有一頭部，各該頭部之外徑小於各該槽孔之長度。
  2. 如請求項1之消能接合組件，其中該結構本體選自如下的其中一種：鋼樑、鋼柱、建築、橋樑、橋柱及前述至少二者之組合。
  3. 如請求項1之消能接合組件，其中該接合板之該二接合區段係以銲接接合於該結構本體。
  4. 如請求項1之消能接合組件，另包括複數個接合螺栓，各該接合區段具有複數個接合圓孔，該等接合螺栓分別設置於各該接合圓孔，以將各該接合區段接合於該結構本體。
  5. 如請求項4之消能接合組件，其中各該接合區段之接合螺栓設置數量係相同。
  6. 如請求項4之消能接合組件，其中各該槽孔之長度大於各該接合圓孔之直徑。
  7. 如請求項4之消能接合組件，其中各該槽孔具有一寬度，各該槽孔之寬度不小於各該接合圓孔之直徑。
  8. 如請求項4之消能接合組件， 其中各該槽孔之間距大於各該接合圓孔之間距。
  9. 如請求項4之消能接合組件，其中各該槽孔之尺寸大於各該接合圓孔之尺寸。
  10. 如請求項1之消能接合組件，其中各該槽孔之尺寸係相同。
  11. 如請求項1之消能接合組件，其中該等槽孔係呈規則排列。
  12. 如請求項1之消能接合組件，其中各該槽孔之長度不小於各該頭部之兩倍外徑。
  13. 如請求項12之消能接合組件，其中各該槽孔可設置多個螺栓。
  14. 如請求項1之消能接合組件，其中該消能區段之面積大於各該接合區段之面積。
  15. 一種耐震結構體，包括：一結構本體，具有一選定消能區域；及一消能接合組件，包括：一接合板，具有二接合區段及一消能區段，該二接合區段接合於該結構本體之選定消能區域，該消能區段位於該二接合區段之間，且該消能區段具有複數個槽孔，各該槽孔具有一長度；及複數個螺栓，分別設置於該消能區段之各該槽孔，以將該消能區段接合於該選定消能區域，各該螺栓具有一頭部，各該頭部之外徑小於各該槽孔之長度。
  16. 如請求項15之耐震結構體，其中該結構本體選自如下的其中一種：鋼樑、鋼柱、建築、橋樑、橋柱及前述至少二者之組合。
  17. 如請求項16之耐震結構體，其中該選定消能區域係為樑柱接頭區。
  18. 如請求項15之耐震結構體，另包括複數個接合螺栓，各該接合區段具有複數個接合圓孔，該等接合螺栓分別設置於各該接合圓孔，以將各該接合區段接合於該選定消能區域。
  19. 如請求項18之耐震結構體，其中各該槽孔之長度大於各該接合圓孔之直徑。
  20. 如請求項18之耐震結構體，其中各該槽孔之間距大於各該接合圓孔之間距。
  21. 如請求項15之耐震結構體，其中各該槽孔之長度不小於各該頭部之兩倍外徑。
  22. 如請求項21之耐震結構體，其中各該槽孔可設置多個螺栓。
  23. 如請求項15之耐震結構體，其中該消能區段之面積大於各該接合區段之面積。
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