TWI432628B - 雙變形能力之自復位消能支撐裝置 - Google Patents

Description

雙變形能力之自復位消能支撐裝置

本發明是有關於一種消能支撐裝置，且特別是有關於一種雙變形能力之自復位消能支撐裝置。

現階段的耐震設計，除了需要有足夠容許強度外，更需要有好的韌性，以達到更經濟更安全的目的。以降伏消能的結構系統而言，通常會在大變形後造成殘餘永久變形，使得建築物有殘餘的應力，造成潛在的危險，需要日後維修來解決此問題。目前常見的支撐系統係以結構桿件降伏或是挫屈消能為主，但是在反覆載重下，降伏或是挫屈所造成的變形，會影響建築物結構上的安全及在救援上的困難度。

以挫屈束制降伏行為和摩擦行為為主的消能支撐研究及應用，在許多方面已有具體效果，但是這兩種消能行為桿件都沒有自復位的功能，也就無法解決殘餘變形的問題。因此目前可自復位的系統是主要的發展方向，自復位的方法可靠彈簧或是預力的方式來實施。在美國專利編號US 5819414中，以束制的方式施加壓力於結構體，使其整體行為類似於彈簧而擁有自復位的功能。此外，在美國專利編號US 20080016794中，以拉預力的方式使結構體在地震之後藉由所述拉預力產生回復力，而將殘餘變形消除。所述藉由施加拉預力而具有自復位效果的構件，其變形能力有限而容易在遭受較大外力的情況下產生破壞。

本發明提供一種雙變形能力之自復位消能支撐裝置，可具有較佳的變形能力。

本發明提出一種雙變形能力之自復位消能支撐裝置，包括外層構件、核心構件、至少一內層構件、兩外層底板、兩內層底板、至少一第一預力拉伸構件、至少一第二預力拉伸構件及至少一摩擦消能構件。外層構件具有至少一第一延伸段，其中第一延伸段適於連接外部結構。核心構件配置於外層構件內且具有至少一第二延伸段，其中第二延伸段適於連接外部結構。內層構件配置於外層構件內。外層構件的兩端分別承頂兩外層底板，內層構件的兩端分別承頂兩外層底板。核心構件的兩端分別承頂兩內層底板，內層構件的兩端分別承頂兩內層底板。第一預力拉伸構件被施加拉預力，且第一預力拉伸構件的兩端分別固定於兩外層底板。第二預力拉伸構件被施加拉預力，且第二預力拉伸構件的兩端分別固定於兩內層底板。摩擦消能構件固定於核心構件且連接外層構件。

在本發明之一實施例中，上述之各外層底板具有開口，兩內層底板分別嵌合於兩開口。

在本發明之一實施例中，上述之至少一內層構件的數量兩個，分別配置於核心構件的兩側。

在本發明之一實施例中，上述之至少一第一預力拉伸構件的數量為四個。

在本發明之一實施例中，上述之至少一第二預力拉伸構件的數量為四個。

在本發明之一實施例中，上述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，更包括多個錨錠裝置，對該第一預力拉伸構件施加拉預力並將該第一預力拉伸構件固定於該兩外層底板，且對該第二預力拉伸構件施加拉預力並將該第二預力拉伸構件固定於該兩內層底板。

在本發明之一實施例中，上述之外層構件具有兩開槽，至少一摩擦消能構件的數量為兩個，分別從兩開槽穿出外層構件並藉由螺栓接合於外層構件。

在本發明之一實施例中，上述之兩內層底板其中之一具有兩凹缺，兩凹缺分別形成於內層底板相對的兩側邊，至少一第二延伸段的數量為兩個，分別透過兩凹缺從內層底板穿出。

在本發明之一實施例中，上述之兩內層底板其中之一具有開槽，至少一第二延伸段的數量為一個，透過開槽從內層底板穿出。

在本發明之一實施例中，上述之核心構件為H型鋼、平板鋼或由兩槽鋼所組成。

在本發明之一實施例中，上述之內層構件為H型鋼、方形鋼管、槽鋼或圓形鋼管。

在本發明之一實施例中，上述之外層構件為方形鋼管、多邊形鋼管或圓形鋼管。

在本發明之一實施例中，上述之第一預力拉伸構件及第二預力拉伸構件為鋼鍵、鋼棒或彈簧。

基於上述，當本發明的外層構件及核心構件承受外力時，會推動兩外層底板產生相對位移，並推動兩內層底板產生相對位移，以讓第一預力拉伸構件及第二預力拉伸構件分別產生變形量，而使整體結構的總變形量為第一預力拉伸構件之變形量及第二預力拉伸構件之變形量的加總，藉以提升雙變形能力之自復位消能支撐裝置的變形能力。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本發明一實施例之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的立體圖。圖2為圖1之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的立體分解圖。圖3為圖1之雙變形能力之自復位消能支撐裝置在剖面A-A、剖面B-B、剖面C-C、剖面D-D、剖面E-E的剖面圖。圖4至圖6為圖1之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的部分結構立體圖。

請參考圖1至圖6，本實施例的雙變形能力之自復位消能支撐裝置100包括外層構件110、核心構件120、兩個內層構件130、兩個外層底板140、兩個內層底板150、四個第一預力拉伸構件160、四個第二預力拉伸構件170、兩個摩擦消能構件180及多個錨錠裝置190。外層構件110具有兩個第一延伸段112(例如為鋼板)，第一延伸段112適於連接外部結構(如建築架構)。核心構件120配置於外層構件110內且具有兩第二延伸段122，第二延伸段122適於連接外部結構(如建築架構)。

兩內層構件130配置於外層構件110內而位於核心構件120兩側。各第一預力拉伸構件160藉由錨錠裝置190被施加拉預力，且各第一預力拉伸構件160的兩端藉由錨錠裝置190分別固定於兩外層底板140。各第二預力拉伸構件170藉由錨錠裝置190被施加拉預力，且各第二預力拉伸構件170的兩端藉由錨錠裝置190分別固定於兩內層底板150。各外層底板140具有開口142(標示於圖2)，各內層底板150嵌合對應之外層底板140的開口142。各摩擦消能構件180在剖面B-B處焊於核心構件120且從外層構件110的開槽114穿出，並藉由螺栓50接合於外層構件110上的角鋼116，其中角鋼116例如是以焊接的方式固定於外層構件110。

本發明不對核心構件120、內層構件130、外層構件110、第一預力拉伸構件160及第二預力拉伸構件170的形式加以限制。舉例而言，核心構件120可為H型鋼、平板鋼或由兩槽鋼所組成，內層構件130可為H型鋼、方形鋼管、槽鋼或圓形鋼管，外層構件110可為方形鋼管、多邊形鋼管或圓形鋼管，而第一預力拉伸構件160及第二預力拉伸構件170可為鋼鍵、鋼棒或彈簧。

在本實施例中，於核心構件120端部焊墊板124，使核心構件120與內層構件130及外層構件110維持固定間隙，確保相對位置。各內層構件130上下兩側焊上墊板132，使各內層構件130與核心構件120及外層構件110維持固定間隙，確保相對位置。此外，各內層構件130的兩端在剖面B-B及剖面D-D處焊上加勁板134，藉以使各內層構件130所承受的力量可均勻分散。

本實施例的雙變形能力之自復位消能支撐裝置100的組裝過程為，先將兩內層構件130置於核心構件120之上下兩側，再將兩內層構件130及核心構件120由外層構件110之端部插入。接著，將內層底板150及外層底板140由外層構件110兩端蓋上，並將四個第一預力拉伸構件160分別從外層底板140上的多個開孔144穿過，且將四個第二預力拉伸構件170分別從內層底板150上的多個開孔154穿過。最後，使用錨錠裝置190將第一預力拉伸構件160及第二預力拉伸構件170分別固定於外層底板140及內層底板150，並對第一預力拉伸構件160及第二預力拉伸構件170施加初始預力，而完成雙變形能力之自復位消能支撐裝置100的組裝。

圖7為本發明另一實施例之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的立體圖。圖8為圖7之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的立體分解圖。圖9為圖7之雙變形能力之自復位消能支撐裝置在剖面A-A、剖面B-B、剖面C-C、剖面D-D、剖面E-E的剖面圖。圖10至圖12為圖7之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的部分結構立體圖。

請參考圖7至圖12，本實施例的雙變形能力之自復位消能支撐裝置200包括外層構件210、核心構件220、兩個內層構件230、兩個外層底板240、兩個內層底板250、四個第一預力拉伸構件260、四個第二預力拉伸構件270、兩個摩擦消能構件280及多個錨錠裝置290。外層構件210具有兩個第一延伸段212(例如為鋼板)，第一延伸段212適於連接外部結構(如建築架構)。核心構件220配置於外層構件210內且具有一第二延伸段222，第二延伸段222適於連接外部結構(如建築架構)。

兩內層構件230配置於外層構件210內而位於核心構件220兩側。各第一預力拉伸構件260藉由錨錠裝置290被施加拉預力，且各第一預力拉伸構件260的兩端藉由錨錠裝置290分別固定於兩外層底板240。各第二預力拉伸構件270藉由錨錠裝置290被施加拉預力，且各第二預力拉伸構件270的兩端藉由錨錠裝置290分別固定於兩內層底板250。各外層底板240具有開口242(標示於圖8)，各內層底板250嵌合對應之外層底板240的開口242。各摩擦消能構件280在剖面B-B處焊於核心構件220且從外層構件210的開槽214穿出，並藉由螺栓60接合於外層構件210上的角鋼216，其中角鋼216例如是以焊接的方式固定於外層構件210。

本發明不對核心構件220、內層構件230、外層構件210、第一預力拉伸構件260及第二預力拉伸構件270的形式加以限制。舉例而言，核心構件220可為H型鋼、平板鋼或由兩槽鋼所組成，內層構件230可為H型鋼、方形鋼管、槽鋼或圓形鋼管，外層構件210可為方形鋼管、多邊形鋼管或圓形鋼管，而第一預力拉伸構件260及第二預力拉伸構件270可為鋼鍵、鋼棒或彈簧。

在本實施例中，於核心構件220端部焊墊板224，使核心構件220與內層構件230及外層構件210維持固定間隙，確保相對位置。各內層構件230上下兩側焊上墊板232，使各內層構件230與核心構件220及外層構件210維持固定間隙，確保相對位置。此外，各內層構件230的兩端在剖面B-B及剖面D-D處焊上加勁板234，藉以使各內層構件230所承受的力量可均勻分散。

本實施例的雙變形能力之自復位消能支撐裝置200的組裝過程為，先將兩內層構件230置於核心構件220之上下兩側，再將兩內層構件230及核心構件220由外層構件210之端部插入。接著，將內層底板250及外層底板240由外層構件210兩端蓋上，並將四個第一預力拉伸構件260分別從外層底板240上的多個開孔244穿過，且將四個第二預力拉伸構件270分別從內層底板250上的多個開孔254穿過。最後，使用錨錠裝置290將第一預力拉伸構件260及第二預力拉伸構件270分別固定於外層底板240及內層底板250，並對第一預力拉伸構件260及第二預力拉伸構件270施加初始預力，而完成雙變形能力之自復位消能支撐裝置200的組裝。

本發明不對第二延伸段122(222)的的形式加以限制。在圖1至圖6的實施例中，兩內層底板150其中之一具有兩凹缺152(標示於圖2)，兩凹缺152分別形成於內層底板150相對的兩側邊，兩第二延伸段122分別透過兩凹缺152從內層底板150穿出。在圖7至圖12的實施例中，兩內層底板250其中之一具有開槽252(標示於圖8)，第二延伸段222透過開槽252從內層底板250穿出。

以下以圖1至圖7的雙變形能力之自復位消能支撐裝置100為例，說明其受力變形的方式。圖13為圖1之雙變形能力之自復位消能支撐裝置未受力時的結構示意圖。圖14A及圖14B分別為圖1之雙變形能力之自復位消能支撐裝置受壓力及拉力時的結構示意圖。請先參考圖13，外層構件110的兩端分別承頂兩外層底板140，內層構件130的兩端分別承頂兩外層底板140，核心構件120的兩端分別承頂兩內層底板150，且內層構件130的兩端分別承頂兩內層底板150。

藉此，當雙變形能力之自復位消能支撐裝置100如圖14A所示受壓力時，兩外層底板140會受外層構件110及內層構件130的推動而彼此遠離，使第一預力拉伸構件160產生伸長量δ，而兩內層底板150會受核心構件120及內層構件130的推動而彼此遠離，使第二預力拉伸構件170產生伸長量δ。在此過程中，核心構件120及外層構件110之相對位移可藉由摩擦消能構件180及角鋼116之間的摩擦進行消能。由圖14A可知，第一預力拉伸構件160與第二預力拉伸構件170皆具有伸長量δ，而使核心構件120及外層構件110的相對位移達到2δ，藉以提升整體結構的總伸長量至2δ，使其較不易因承受外力而產生破壞。

同樣地，當雙變形能力之自復位消能支撐裝置100如圖14B所示受拉力時，兩外層底板140會受外層構件110及內層構件130的推動而彼此遠離，使第一預力拉伸構件160產生伸長量δ，而兩內層底板150會受核心構件120及內層構件130的推動而彼此遠離，使第二預力拉伸構件170產生伸長量δ。在此過程中，核心構件120及外層構件110之相對位移可藉由摩擦消能構件180及角鋼116之間的摩擦進行消能。由圖14B可知，第一預力拉伸構件160與第二預力拉伸構件170皆具有伸長量δ，而使核心構件120及外層構件110的相對位移達到2δ，藉以提升整體結構的總伸長量至2δ，使其較不易因承受外力而產生破壞。

綜上所述，當本發明的外層構件及核心構件承受外力時，會推動兩外層底板產生相對位移，並推動兩內層底板產生相對位移，以讓第一預力拉伸構件及第二預力拉伸構件分別產生變形量，而使整體結構的總變形量為第一預力拉伸構件之變形量及第二預力拉伸構件之變形量的加總，藉以提升雙變形能力之自復位消能支撐裝置的變形能力，使其可適用於更多種類的建築物。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

50、60．．．螺栓

100、200．．．雙變形能力之自復位消能支撐裝置

110、210．．．外層構件

112、212．．．第一延伸段

114、214．．．開槽

116、216．．．角鋼

120、220．．．核心構件

122、222．．．第二延伸段

124、132、224、232．．．墊板

130、230．．．內層構件

134、234．．．加勁板

140、240．．．外層底板

142、242．．．開口

144、154、244、254．．．開孔

150、250．．．內層底板

152．．．凹缺

160、260．．．第一預力拉伸構件

170、270．．．第二預力拉伸構件

180、280．．．摩擦消能構件

190、290．．．錨錠裝置

252．．．開槽

圖1為本發明一實施例之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的立體圖。

圖2為圖1之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的立體分解圖。

圖3為圖1之雙變形能力之自復位消能支撐裝置在剖面A-A、剖面B-B、剖面C-C、剖面D-D、剖面E-E的剖面圖。

圖4至圖6為圖1之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的部分結構立體圖。

圖7為本發明另一實施例之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的立體圖。

圖8為圖7之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的立體分解圖。

圖9為圖7之雙變形能力之自復位消能支撐裝置在剖面A-A、剖面B-B、剖面C-C、剖面D-D、剖面E-E的剖面圖。

圖10至圖12為圖7之雙變形能力之自復位消能支撐裝置的部分結構立體圖。

圖13為圖1之雙變形能力之自復位消能支撐裝置未受力時的結構示意圖。

圖14A及圖14B分別為圖1之雙變形能力之自復位消能支撐裝置受壓力及拉力時的結構示意圖。

50．．．螺栓

110．．．外層構件

112．．．第一延伸段

114．．．開槽

116．．．角鋼

120．．．核心構件

122．．．第二延伸段

124、132．．．墊板

130．．．內層構件

134．．．加勁板

140．．．外層底板

142．．．開口

144、154．．．開孔

150．．．內層底板

152．．．凹缺

160．．．第一預力拉伸構件

170．．．第二預力拉伸構件

180．．．摩擦消能構件

190．．．錨錠裝置

Claims (13)

1. 一種雙變形能力之自復位消能支撐裝置，包括：一外層構件，具有至少一第一延伸段，其中該第一延伸段適於連接外部結構；一核心構件，配置於該外層構件內且具有至少一第二延伸段，其中該第二延伸段適於連接外部結構；至少一內層構件，配置於該外層構件內；兩外層底板，該外層構件的兩端分別承頂該兩外層底板，該內層構件的兩端分別承頂該兩外層底板；兩內層底板，該核心構件的兩端分別承頂該兩內層底板，該內層構件的兩端分別承頂該兩內層底板；至少一第一預力拉伸構件，該第一預力拉伸構件被施加拉預力，且該第一預力拉伸構件的兩端分別固定於該兩外層底板；至少一第二預力拉伸構件，該第二預力拉伸構件被施加拉預力，且該第二預力拉伸構件的兩端分別固定於該兩內層底板；以及至少一摩擦消能構件，固定於該核心構件且連接該外層構件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，其中各該外層底板具有一開口，該兩內層底板分別嵌合於該兩開口。
3. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，其中該至少一內層構件的數量兩個，分別配置於該核心構件的兩側。
4. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，其中該至少一第一預力拉伸構件的數量為四個。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，其中該至少一第二預力拉伸構件的數量為四個。
6. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，更包括多個錨錠裝置，對該第一預力拉伸構件施加拉預力並將該第一預力拉伸構件固定於該兩外層底板，且對該第二預力拉伸構件施加拉預力並將該第二預力拉伸構件固定於該兩內層底板。
7. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，其中該外層構件具有兩開槽，該至少一摩擦消能構件的數量為兩個，分別從該兩開槽穿出該外層構件並藉由螺栓接合於該外層構件。
8. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，其中該兩內層底板其中之一具有兩凹缺，該兩凹缺分別形成於該內層底板相對的兩側邊，該至少一第二延伸段的數量為兩個，分別透過該兩凹缺從該內層底板穿出。
9. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，其中該兩內層底板其中之一具有一開槽，該至少一第二延伸段的數量為一個，透過該開槽從該內層底板穿出。
10. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，其中該核心構件為H型鋼、平板鋼或由兩槽鋼所組成。
11. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，其中該內層構件為H型鋼、方形鋼管、槽鋼或圓形鋼管。
12. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，其中該外層構件為方形鋼管、多邊形鋼管或圓形鋼管。
13. 如申請專利範圍第1項所述之雙變形能力之自復位消能支撐裝置，其中該第一預力拉伸構件及該第二預力拉伸構件為鋼鍵、鋼棒或彈簧。