TWI504800B - 補強構件 - Google Patents

Description

補強構件

本發明是有關於一種補強構件，包括：軸向力構件，設置於建築構造物中來吸收地震發生時的地震能量；以及加強管，補充上述軸向力構件的剛性(stiffness)。

先前，有關於包括設置於建築構造物中來吸收地震發生時的地震能量的軸向力構件、及加強上述軸向力構件的加強管的屈曲加強補強構件，為使軸向力構件所吸收的地震能量增加，而提出有用以防止軸向力構件的整體屈曲，來發揮穩定的壓縮、拉伸塑性變形的發明。

例如於專利文獻1中，揭示有以下的構造構件，即：於鋼管構件的外側進而配置鋼管構件，且外側的鋼管構件是沿軸方向將數種鋼管構件連接而構成，並且以端板(end plate)將軸方向上的端部的鋼管構件的端面堵住而成。又，於專利文獻2中，揭示有：藉由於鋼管構件中填滿砂漿(mortar)而防止整體屈曲的補強構件。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開平06-346510號公報

專利文獻2：日本專利特開平07-229204號公報

然而，於專利文獻1中所揭示的發明中，將外側的鋼管構件彼此焊接，又，鋼管構件與端板之間亦採用利用焊接的固定方法，故而產生焊接的加工工時，且在構成鋼管構件的軸向力構件的軸剖面積相對較小的情形時，有未減少每根補強構件的加工成本的問題。

又，於專利文獻2中所揭示的發明中，有如下的問題：由於在加強屈曲的鋼管中填滿砂漿，故而每根補強構件的重量變重。

本發明是鑒於上述情況而完成者，其目的在於：提供一種屈曲加強補強構件，可排除加工負擔較大的焊接作業，且將如棒鋼(bar steel)或鋼管(steel pipe)等容易自市場獲得的現成品(ready-made)用作軸向力構件與加強構件，且可藉由螺紋(screw)而容易地以乾式法(dry process)連接軸向力構件與加強構件。

為了達成上述目的，本發明的特徵在於：以如下的方式構成本發明的補強構件。

即，本發明的補強構件的一形態的特徵在於包括：軸向力構件，成為實心剖面的棒狀，且經由上述軸向力構件的兩端的接頭(ioint)而設置於建築構造物之間，來接受軸方向的力；加強管，成為管狀，且於上述加強管的內部使上述軸向力構件貫通， 來補充上述軸向力構件的剛性；固定環，螺合於上述加強管的端部與處於上述加強管的內側的上述軸向力構件的兩方，而對上述加強管的端部與上述加強管的內側的軸向力構件之間進行固定；以及套管(sleeve)，介於未螺合有上述固定環的側的上述加強管的端部與上述加強管的內側的上述軸向力構件之間，且上述套管螺合於上述軸向力構件的外周與上述加強管的內周中的任一方、而於與另一方之間形成間隙。

本發明的補強構件的其他形態的特徵在於：於上述固定環的軸方向的端部，一體地形成有接觸於上述加強管的端面的向外的凸緣(flange)。

本發明的補強構件的進而其他形態的特徵在於：將上述套管螺合於上述軸向力構件的外周，且於上述套管的外周與上述加強管之間形成上述間隙，且於將作為上述間隙的上述加強管的內徑與上述套管的外徑的差設為d，將上述加強管與上述套管重合的部分的軸方向的長度設為L時，d/L≦0.85°。

[發明之效果]因此，應用本發明的補強構件是藉由包括上述構成而完全無焊接的加工工時，故而可謀求製造工時整體的減少與工期的縮短。其結果，藉由本發明可提供一種價格低廉的補強構件。

又，由於不產生於加強管中填滿砂漿等的作業，故而可相對性地抑制每根補強構件的重量。

又，於補強構件製造時，可利用乾式法組裝軸向力構件 與加強構件，故而補強構件的製造及管理變得容易。

1‧‧‧補強構件

2‧‧‧軸向力構件

2a‧‧‧右旋螺紋

2b‧‧‧左旋螺紋

3‧‧‧加強管

4‧‧‧固定環

4a‧‧‧凸緣

5‧‧‧套管

6、7‧‧‧接頭(U形夾)

6a、7a‧‧‧U形夾銷

8‧‧‧間隙

9‧‧‧受力夾具

11‧‧‧試驗機

12‧‧‧施力夾具

L‧‧‧長度

A、B‧‧‧標點

圖1是應用本發明的補強構件的省略長度方向中央部的局部剖面圖。

圖2是圖1的固定環的立體圖。

圖3是表示圖1的軸向力構件端部的外螺紋、其外周的套管、及其外周的加強管的各一部分的配置的立體圖。

圖4是表示圖1的軸向力構件端部的外螺紋、其外周的具凸緣的固定環、及外螺紋外周的軸向力構件的各一部分的配置的立體圖。

圖5(a)、圖5(b)是表示圖1所示的補強構件的整體、及將其設置於壓縮、拉伸試驗機中的狀態的前視圖。

圖6是表示圖5(a)、圖5(b)的試驗結果的應力應變線圖。

以下，對本發明的實施例進行詳細說明。

圖1是模式性地表示本發明的實施例的補強構件1的圖。再者，於該圖中，為了容易理解U形夾(clevis)的構造，左右兩端的U形夾6、7是：以繞著軸向力構件2的中心軸相互旋轉90度的狀態而進行圖示。此種補強構件1是：厚度相對於軸方向的長度的比為較小、即為較細者，故而若於圖中正確地表示補強 構件的構造，則成為難以理解的圖。因此，於圖1中，將厚度相對於軸方向的長度的比表示得較大。因此，各部分的大小關係並非限定於圖示者。

於圖1中，補強構件1包括：軸向力構件2，包含實心剖面的鋼棒；加強管3，包含覆蓋該軸向力構件2的外表面、並同軸地配置的鋼管；固定環4，螺合於加強管3的一方的端部內表面；以及套管5，位於加強管3的另一方的端部的內側並螺合於軸向力構件2的外周。

於軸向力構件2的外周，於鋼棒的套管5側的端部切削有右旋螺紋(Right-Handed Screw)2a，又，於固定環4側的端部切削有左旋螺紋(Left-Handed Screw)2b，且相互形成反螺紋。只要上述兩端為反螺紋則任一者均可為右旋螺紋。而且，於軸向力構件2的兩端，螺合有：作為接頭的U形夾6、7，用以將軸向力構件2相對於建築構造物而進行連接。

於加強管3的固定環4側的內周切削有內螺紋(female thread)(右旋螺紋)，又，於套管5側的內周未切削螺紋。固定環4是螺合於：加強管3的端部內表面、與處於加強管3的內側的軸向力構件2的外表面的兩方，從而對加強管3的端部與加強管3的內側的軸向力構件2之間進行固定。又，於該固定環4的U形夾7側的端部外周，一體地設置有向外的凸緣4a，該凸緣4a的一方的表面接觸於加強管3的一方的端面。

又，套管5亦包含鋼管，且介於未螺合有固定環4的側 的加強管3的端部、與加強管3的內側的軸向力構件2之間，於內表面切削有內螺紋而螺合於軸向力構件2的外周，且外表面是保持圓筒面的狀態而於與加強管3之間形成間隙8。於將作為該間隙8的上述加強管3的內徑與套管5的外徑的差設為d，且將加強管3與套管5重合的部分的軸方向的長度設為L時，d/L≦0.85°。再者，於圖1中對於間隙8顯示為「d/2」的原因在於如下意圖，即：於圖1的套管5的上下，於與加強管3之間形成有間隙8，這些上下兩個間隙的合計即直徑的差的尺寸成為「d」，故而於表示一方的間隙的圖示的情形時，顯示為上述尺寸的1/2。

因此，於在地震發生時建築構造物變形，從而軸方向的拉伸、壓縮力作用於軸向力構件2的情形時，因軸向力構件2由加強管3加強，故而於該範圍內不易產生整體屈曲，由此於軸向力構件2的較廣的範圍(與軸方向的較長的範圍相同)內產生拉伸、壓縮塑性變形，從而可充分地吸收地震能量。

於該實施例中，軸向力構件2的強度並無特別規定，耐震補強構件中所使用的軸向力構件的屈服強度(yield strength)通常為100N/mm²，故而於該實施例中，亦較佳為使用具有該程度的強度的素材。

將加強管3的內徑與上述套管5的外徑的差d除以套管5與加強管3重合的部分的長度L，所得的值為0.85°(即，0.0149rad)以下，此具有如下所述的技術性意義。

加強管3的內徑與套管5的外徑的差意指：加強管3與 套管5的間隙8的最大值。在因某種原因而使軸向力構件2產生彎曲時，軸向力構件2的彎曲的最大角度被限定於：套管5可遍及該間隙8整體而傾斜的範圍內。若將上述間隙設為d，將套管5與加強管3重合的部分的長度設為L，將最大傾斜角度設為θ，則成為d/L=tanθ≒θ

即，若該θ較大則容易產生軸向力構件2的彎曲，本發明者等人進行的實驗的結果得知，若θ超過0.85°(即，0.0149rad)，則容易產生軸向力構件2的彎折(topple)。因此，於本發明中，較理想的是上述θ成為0.85°(即，0.0149rad)以下。

又，補強構件1可藉由螺紋而組裝軸向力構件2、固定環4、套管5、以及加強管3，進而，亦可藉由螺紋而安裝U形夾6、7。藉由這些螺紋，長度的調整可較容易地改變，故而亦可消除施工誤差。特別是，如上所述使軸向力構件2的兩端的螺紋槽為反螺紋，故而藉由軸向力構件2的旋轉，長度的調節變得容易。再者，當然亦可使其他構件旋轉，而進行上述的調整。

特別是，軸向力構件2、加強管3、套管5是僅對市售的鋼棒與鋼管進行螺紋切削(screw cutting)便可加工而成，固定環亦相同，除了材料的獲得與加工較容易以外，上述的組裝或安裝亦如上述般為乾式法，故而補強構件1的管理變得容易。

圖5是對用以確認圖1所示的實施例的補強構件1的性能的試驗提供的試驗體的圖，由於該試驗體與圖1的補強構件1 相同，故而於圖5中亦使用與圖1相同的零件名稱與符號。

此處，軸向力構件2是使用外徑44.2mm、長度2300mm、強度600N/mm²級的鋼棒，加強管3是使用外徑105.0mm、厚度18.0mm、長度2073mm、強度400N/mm²級的鋼管，又，固定環4具有490N/mm²的強度，且為外徑105.0mm的具凸緣4a的鋼管形狀，於內表面加工有M48的內螺紋，於外表面加工有M75的外螺紋(male screw)。進而，套管5為具有490N/mm²級的強度的鋼管形狀，且外徑為62.6mm，長度為478mm，與加強管3的重疊部分的長度L為428mm，於內表面加工有M48的內螺紋。又，U形夾6、7的強度是使用880N/mm²級者。

根據上述，加強管3的內徑為(105.0-2×18.0)=69.0mm，加強管3與套管5的外徑的差d為(69.0-62.6)=6.4mm，因此d/L為(6.4/428)=0.0149rad，即0.85°。

組裝該補強構件1的順序是如下所述。首先，使軸向力構件2的一端插通並螺合於套管5。繼而，將固定環4螺合於加強管3的一端的內部。然後，於加強管3的未帶有固定環4的一側，將上述軸向力構件2自未帶有套管5的一側插入，且於固定環4側使軸向力構件2旋入而貫通。最後，將U形夾6、7螺合於軸向力構件2的兩端部而固定。

圖5(a)亦表示用以確認本發明的實施例的補強構件1的性能的試驗狀況。於圖5(a)中，分別固定於軸向力構件2的兩端的U形夾6、7是：分別藉由U形夾銷6a、7a，而與固定於 地板側的受力夾具9、及固定於支撐在頂板側的試驗機11的施力夾具12進行結合。因此，藉由試驗機11於平面內反覆上下移動，而對軸向力構件2作用軸方向的拉伸力及壓縮力。

再者，圖5(b)是為了易於理解補強構件1的上部的U形夾6與施力夾具12的結合狀態，而將圖5(a)的上半部分繞著軸向力構件2的中心軸旋轉90度而表示的圖。

圖6是表示用以確認本發明的實施形態的補強構件1的性能的試驗的結果的應力應變(stress strain)線圖，且是於圖5中的鉛直方向施加規定的位移，該位移是如下述般依次變更的情形。於圖6中，縱軸是於軸向力構件2產生的應力(將藉由試驗機施加的負載除以軸向力構件2的剖面所得的計算值)，將壓縮方向表示為正方向(上方向)。又，橫軸是將設置於U形夾6、7的標點(gage mark)A與標點B的距離伸長量除以最初的長度所得的測定值，將壓縮應變增大的方向表示為正方向(右方向)。

圖6是關於試驗體(即補強構件1)的結果。首先，藉由試驗機11的動作，施力夾具12於圖5中向下側移動，而對軸向力構件2施加壓縮力。自原點起開始彈性變形，壓縮屈服之後，一面極輕微地加工硬化且一面進行塑性變形。於最終到達規定位移C時，試驗機11的施力夾具12於圖5中向上側移動，而對軸向力構件2施加拉伸力。於到達規定位移D時，向規定位移E返回。

進而，試驗機11的施力夾具12於圖5中向下側移動， 故而對軸向力構件2施加壓縮力而進行塑性變形。於最終到達規定位移E時，試驗機11的施力夾具12於圖5中向上側移動，從而向規定位移F返回。

以下，由於試驗機11的施力夾具12同樣地反覆上下移動，故而可描繪出於軸向力構件2具有如圖示般的包辛格效應(Bauschinger effect)的磁滯曲線(hysteresis curve)。

於該試驗中，位移是堅持至最初的長度的1.25%的壓縮、拉伸變形為止。

根據以上的試驗結果，由於向軸向力構件2的反覆給力次數較多，且可吸收充分的能量，因此顯示本發明的實施例的效果顯著。

再者，以上所說明的圖1的補強構件1是將套管5螺合於軸向力構件2的外周，並於套管5與加強管3之間形成間隙8。然而，間隙8亦可形成於套管5與軸向力構件2之間。即，亦可設為將套管5螺合於加強管3的內表面，於套管5的內表面與該套管5所覆蓋的軸向力構件2的外表面部分未形成有螺紋槽，而於套管5與軸向力構件2之間形成有間隙8。於該情形時，套管5的長度中進入加強管3的內側的部分的長度成為：相當於圖1的長度L。因此，若使套管5的軸方向上的U形夾6側的端面與加強管3的軸方向上的U形夾6側的端面為同一平面，則圖1中的長度L成為與套管5的長度一致。即便於該情形時，亦發揮與圖1中所記載的實施形態相同的作用效果。

1‧‧‧補強構件

2‧‧‧軸向力構件

2a‧‧‧右旋螺紋

2b‧‧‧左旋螺紋

3‧‧‧加強管

4‧‧‧固定環

4a‧‧‧凸緣

5‧‧‧套管

6、7‧‧‧接頭(U形夾)

8‧‧‧間隙

L‧‧‧長度

Claims (3)

1. 一種補強構件，其特徵在於包括：軸向力構件，成為實心剖面的棒狀，且經由上述軸向力構件的兩端的接頭而設置於建築構造物之間，來接受軸方向的力；加強管，成為管狀，且於上述加強管的內部使上述軸向力構件貫通，來補充上述軸向力構件的剛性；固定環，螺合於上述加強管的端部與處於上述加強管的內側的上述軸向力構件的兩方，而對上述加強管的端部與上述加強管的內側的軸向力構件之間進行固定；以及套管，介於未螺合有上述固定環的側的上述加強管的端部與上述加強管的內側的上述軸向力構件之間，且上述套管螺合於上述軸向力構件的外周與上述加強管的內周中的任一方、而於與另一方之間形成間隙。
2. 如申請專利範圍第1項所述的補強構件，其中，於上述固定環的軸方向的端部，一體地形成有接觸於上述加強管的端面的向外的凸緣。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的補強構件，其中，將上述套管螺合於上述軸向力構件的外周，且於上述套管的外表面與上述加強管的內表面之間形成上述間隙，且將作為上述間隙的上述加強管的內徑與上述套管的外徑的差設為d，於將上述加強管與上述套管重合的部分的軸方向的長度設為L時，d/L≦0.85°。