專利名稱：鑄造的結(jié)構(gòu)屈服熔絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在建筑業(yè)中的構(gòu)件。本發(fā)明尤其涉及用于地震用途的鑄造構(gòu)件。
背景技術(shù)：
許多建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計包括使用對角撐以提供橫向穩(wěn)定性，尤其是為了增強(qiáng)該結(jié)構(gòu)的 橫向剛性并減少工程造價。在這種支撐系統(tǒng)中，眾所周知要使用一個或多個犧牲屈服熔絲 (fuse)元件以便如果發(fā)生動態(tài)荷載例如在強(qiáng)烈地震期間消散地震輸入能量。選擇這種犧牲 屈服熔絲元件是因?yàn)樗鼈兣c傳統(tǒng)的橫向抗負(fù)載系統(tǒng)相比改善了地震特性并減小了地震荷載。例如，F(xiàn)anucci等人的美國專利No. 6530182和No. 6701680描述了一種吸收能量 的地震支撐，其具有由墊片和套筒構(gòu)造包圍的中心支柱。類似地，Powell等人的美國專利No. 6837101和No. 7065927、美國專利申請公開 No. 2005/0108959中描述了一種地震支撐，其包括殼體、容器件和屈服芯。美國專利7174680和美國專利申請公開No. 2001/0000840中也公開了支撐裝置。這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的大部分都需要與屈服件一起使用的抑制彎曲(buckling)裝 置，并且通常由鋼板形成而不是鑄造。另外，這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)使用軸向屈服件，盡管使用 彎曲的屈服件是有利的，因?yàn)槭艿竭^度非彈性應(yīng)變時它們不易破裂。White 的美國專利 No. 4823522、Scholl 的美國專利 No. 4910929、以及 Tsai 和 Li 的美國專利No. 5533307都披露了鋼制屈服熔絲元件，它們設(shè)置在梁的中心處并用于給抗 震荷載力矩框架增加阻尼和剛度。阻尼元件一般用裁切成三角形的鋼板制成，并被焊接或 螺栓連接于剛性基底上。而且，這些元件一般安裝在倒V型支撐框架中的上部支撐的中心。 因而這些元件的屈服由所述框架的層內(nèi)位移控制。然而，與支撐框架伸長部而不是層內(nèi)位 移相連的屈服元件會更容易與當(dāng)前的施工程序結(jié)合。另一現(xiàn)有技術(shù)的熔絲系統(tǒng)，即EaSy減震器，采用制造復(fù)雜的設(shè)備，以通過用帶孔 的強(qiáng)化鋼板的彎曲和剪切屈服的結(jié)合來替換所述支撐的軸向屈服和彎曲來提高支撐元件 的地震性能。這些板的形狀不會導(dǎo)致屈服元件的曲率恒定，因此導(dǎo)致不希望的應(yīng)變集中。上述的兩種現(xiàn)有技術(shù)都需要辛苦地裁切和焊接。此外，當(dāng)前可用的軋鋼的有限的 幾何結(jié)構(gòu)限制了這種裝置的嚴(yán)格的屈服元件的潛在幾何結(jié)構(gòu)。已經(jīng)對撓性屈服元件的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的控制，使得不僅允許控制熔絲屈 服時的力，還允許控制熔絲的彈性和后(post)屈服剛度以及與發(fā)生熔絲屈服有關(guān)的位移。 采用鑄造技術(shù)，可以設(shè)計和制造性能更佳的熔絲。而且，自由的幾何結(jié)構(gòu)控制使得能夠設(shè)計 比現(xiàn)有技術(shù)更容易與現(xiàn)有的鋼建筑物和建造工藝結(jié)合的部件。根據(jù)上文所述，一種改進(jìn)的用于動態(tài)荷載用途的屈服熔絲元件是理想的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種屈服熔絲裝置和包含該屈服熔絲裝置的支撐組件。在一個實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種使用在用于結(jié)構(gòu)框架的支撐組件中的結(jié)構(gòu)裝 置，該支撐組件包括支撐件，該結(jié)構(gòu)裝置包括第一端，其被構(gòu)造成容納所述支撐件并與該 支撐件相連接；第二端，其適于與所述結(jié)構(gòu)框架相連接；以及離心屈服臂。通過強(qiáng)制所述支 撐件僅沿軸向運(yùn)動來防止不穩(wěn)定的搖擺型倒塌。屈服臂優(yōu)選為錐形，以促進(jìn)整個臂的屈服 而不是局部屈服，局部屈服會導(dǎo)致由于過度的非彈性應(yīng)變而過早斷裂。在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種使用在用于結(jié)構(gòu)框架的支撐組件中的結(jié)構(gòu)裝 置，該支撐組件包括支撐件，該結(jié)構(gòu)裝置包括端部，其被構(gòu)造成容納支撐件并與該支撐件 相連接；和主體部，其通常遠(yuǎn)離由所述支撐件限定的軸線設(shè)置，該主體部包括朝向中心軸線 延伸的多個偏心屈服臂，該屈服元件包括適于與所述結(jié)構(gòu)框架相連接的頂部部分。有利地，所述裝置中的屈服元件是鑄造的，因此屈服行為可以通過改變屈服臂的 沿長度方向的截面和幾何結(jié)構(gòu)來被精心地控制。此外，本發(fā)明的屈服裝置操作以在該支撐 的拉伸和壓縮加載作用下在支撐組件中發(fā)生屈服，并且由于所述裝置撓性屈服，所以它不 易于由過度的非彈性應(yīng)變造成斷裂。最后，考慮到可量測性，每個支撐組件中可使用多個所 述裝置。在以下的詳細(xì)說明書中，本發(fā)明的其它特征將被描述或者更清楚。


以下僅通過示例并參照附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的屈服熔絲元件的透視圖；圖2A，2B, 2C，2D和2E分別是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的屈服熔絲元件的側(cè)視圖、頂 視圖、底視圖、第二端和第一端視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的兩個屈服熔絲元件的分解透視圖，其中，所述屈 服熔絲元件與支撐件和角撐板對齊；圖4A，4B, 4C和4D分別是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的處于標(biāo)準(zhǔn)支撐框架中的屈服熔 絲元件的側(cè)視圖和剖視圖；圖5A，5B和5C分別示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的包括屈服熔絲元件的熔絲組 件分別處于非位移、拉伸屈服、壓縮屈服的狀態(tài)；圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的屈服熔絲元件的透視圖；圖7A，7B，7C，7D和7E分別是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的屈服熔絲元件的側(cè)視圖、頂 視圖、底視圖、第二端和第一端視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的兩個屈服熔絲元件的分解透視圖，所述屈服熔絲 元件與圓形中空型材支撐件、兩個連接板和角撐板對齊；圖9是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的兩個屈服熔絲元件的分解透視圖，該屈服熔絲元 件與寬凸緣支撐件、兩個連接板和角撐板對齊；圖10A，10B, IOC和IOD分別是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的處于標(biāo)準(zhǔn)支撐框架中的屈 服熔絲元件的連接區(qū)域的側(cè)視圖和剖視圖，所述元件通過焊接連接至圓形中空結(jié)構(gòu)型材支撐件上以及通過螺栓連接至兩個連接板上；圖11A，11B，11C和IlD分別是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的處于標(biāo)準(zhǔn)支撐框架中的屈服熔絲元件的連接區(qū)域的側(cè)視圖和剖視圖，所述元件通過螺栓連接至寬凸緣型材支撐件上 以及通過螺栓連接至兩個連接板上；圖12A，12B和12C示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的包括屈服熔絲元件的熔絲組件 分別處于未位移、拉伸屈服、和壓縮屈服的狀態(tài)；圖13是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的滯后圖表，該圖表來自于被加載幾個循環(huán)的非 彈性變形的屈服熔絲元件的非線性有限元分析；圖14是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的屈服臂的滯后圖表，該圖表來自于錐形鑄鋼屈 服臂循環(huán)變形的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)；圖15是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的屈服熔絲元件的非線性有限元分析的靜態(tài)載荷 與位移的關(guān)系曲線圖表；圖16是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的屈服臂的錐形鑄鋼屈服臂的靜態(tài)載荷與位移的 關(guān)系曲線圖表；圖17顯示了由根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的屈服熔絲元件的非線性有限元分析獲得 的塑性應(yīng)變型面圖；圖18顯示了由根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的屈服熔絲元件的非線性有限元分析獲得 的塑性應(yīng)變型面圖；以及特別要理解的是，說明書和附圖僅是為了解釋和作為對理解的幫助，而不是作為 限制本發(fā)明的限定。
具體實(shí)施例方式作為大量定制的鑄鋼或其它鑄造金屬裝置而用于主要軸向加載元件，本發(fā)明的屈 服熔絲裝置特別有用。這種裝置可與中空結(jié)構(gòu)型材、管和其它形狀的結(jié)構(gòu)型材例如W型材 一起使用。這種裝置被設(shè)計成用作受到動態(tài)載荷、包括極端的動態(tài)載荷例如處于強(qiáng)烈地震 荷載狀態(tài)下的支撐框架中的屈服熔絲。該裝置通過吸收大部分能量來保護(hù)支撐件和結(jié)構(gòu)框 架在動態(tài)荷載狀態(tài)(亦即地震)過程中不會過分損壞。“動態(tài)荷載狀態(tài)”指的是拉伸和壓縮 屈服的重復(fù)循環(huán)，包括當(dāng)屈服熔絲達(dá)到較大非彈性應(yīng)變(由于超強(qiáng)度或二階幾何效應(yīng))時 預(yù)計出現(xiàn)的強(qiáng)度增大。這些裝置可結(jié)合在端部連接件中或者可居中設(shè)置在支撐件內(nèi)。所述 裝置可用于形成大量生產(chǎn)的、標(biāo)準(zhǔn)的連接件產(chǎn)品線，該每個連接件在不同的載荷下屈服，從 而使得包含足夠連接件的產(chǎn)品線具有預(yù)期范圍的支撐力。本發(fā)明的裝置用特別設(shè)計的屈服元件臂的顯著撓性變形來替代典型支撐的軸向 拉伸屈服和非彈性彎曲。因?yàn)檫@些裝置可以鑄造，所以熔絲屈服元件的幾何結(jié)構(gòu)和鑄件金 屬可以特別設(shè)計成使得所述臂具有屈服力、剛度和延性的最佳組合。這些裝置也被設(shè)計成 以固定的形式屈服。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)屈服裝置的第一個可能的實(shí)施例在圖1-5中示出。屈服裝置10包 括第一端12、第二端14和至少一個撓性屈服臂16，第一端12構(gòu)造成容納支撐件22并連接 (例如焊接)到該支撐件上，第二端14適于連接到支撐組件端部接頭24上。如圖所示，第 一端12和第二端14可處于由支撐件22限定的同一軸線上。如圖所示，支撐件22可以是管狀并且第一端12可以包括與支撐件的曲率對應(yīng)的曲率。例如，屈服裝置10的另一個實(shí) 施例可包括被成形為容納W型材類型的支撐件22的第一端12。所述裝置10在第一端12 的連接需要足夠的強(qiáng)度以抵抗軸向剪切力和彎曲力，這些力在屈服臂16的周期性非彈性 變形過程中被施加，所述非彈性變形在動態(tài)荷載狀態(tài)下例如地震過程中會發(fā)生。這種設(shè)計 應(yīng)依照大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼設(shè)計規(guī)范中所描述的公知地震設(shè)計方法論來實(shí)施。所述方法論的目的 是為了在屈服元件出現(xiàn)其超強(qiáng)度時保護(hù)結(jié)構(gòu)的所有元件。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，第一端12被焊接至支撐件22上。屈服臂16偏離由該 支撐件22限定的軸線，亦即屈服臂是偏心的。從而屈服臂通過軸向力、剪切力和彎曲力的 組合將支撐件22中的軸向力傳遞給支撐組件端部接頭24，例如角撐板。根據(jù)本發(fā)明的特定方面，至少一個屈服臂16為錐形。錐形區(qū)域確保了整個臂16 在支撐件被軸向加載時具有幾乎恒定的曲率。這確保了當(dāng)獲得理想的屈服力時，所述臂的 整個長度都受到屈服、而不是僅在一個或多個離散的鉸接位置處屈服。這減少了臂中的應(yīng) 變，從而顯著降低了在非彈性加載期間過早斷裂的可能性。屈服臂16可采用不同的剖面， 例如圖4D所示的矩形剖面。屈服臂16應(yīng)被定向?yàn)槭蛊渲饕獓@剖面的弱撓性軸線彎曲。 這消除了不穩(wěn)定的偏離平面(out-of-plane)的橫向扭曲失效的潛在可能性。根據(jù)圖3所示的一個特定實(shí)施例，用于結(jié)構(gòu)框架的支撐組件28包括支撐件22和 至少兩個屈服裝置10。支撐組件還可包括組件端部接頭24例如角撐板，和用于連接支撐 件22的遠(yuǎn)端的裝置，例如第二角撐板26和標(biāo)準(zhǔn)的焊接或栓接(未示出栓接方式的選擇) 零件。第二端14可以包括一個或多個凸緣部分18，該凸緣部分18可以被構(gòu)造成帶有孔20 以連接到支撐組件端部接頭例如角撐板24上。在該一個或多個凸緣部分18中的孔20 — 般對應(yīng)于角撐板24中的孔，從而允許所述第二端14通過螺栓固定到角撐板24上。在本發(fā) 明的一個實(shí)施例中，設(shè)有兩個相對的凸緣部分18，當(dāng)組裝成支撐組件28時每個凸緣部分18 設(shè)置在角撐板24的每側(cè)上。應(yīng)當(dāng)理解，凸緣部分18、螺栓、以及組件端部接頭24可能需要 具有抵抗軸向力、剪切力和彎曲力的最小強(qiáng)度，這些力在屈服臂16的循環(huán)非彈性變形期間 由該臂16施加，其中，該屈服臂16的循環(huán)非彈性變形發(fā)生在動態(tài)荷載狀態(tài)過程中。這些元 件的設(shè)計應(yīng)該依照大多結(jié)構(gòu)鋼設(shè)計規(guī)范中所描述的公知地震設(shè)計方法論來進(jìn)行。一個支撐組件28中可采用兩個屈服裝置10，以在軸向加載期間提供對稱的壓縮 或拉伸屈服。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，可以是包括三個或多個屈服裝置10的其 它對稱結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的其它方面，所述裝置10包括允許支撐件22僅軸向運(yùn)動的限制裝置， 以防止屈服臂16出現(xiàn)不穩(wěn)定的失效過程、亦即搖擺失效過程。例如，如圖4B所示，第二端 14包括與凸緣部分18相鄰的彎曲部分，該彎曲部分用于限制支撐件22僅在軸向方向上運(yùn) 動。此外，支撐件22可以包括槽23，該槽23允許該支撐件22在角撐板24之上在軸向方向 上自由地滑動，同時還限制該支撐件22的脫離平面的旋轉(zhuǎn)。槽23可以設(shè)置為使其足夠長， 以在受到動態(tài)荷載狀態(tài)時容許拉伸和壓縮的軸向支撐位移為預(yù)期的支撐變形的至少兩倍。 該預(yù)期的支撐變形源自于對上述結(jié)構(gòu)受到地震荷載時的分析，該分析在周知的地震設(shè)計規(guī) 范中有規(guī)定。這僅是限制在軸向方向上支撐變形的一個方法的例子。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理 解，可以有許多獲得理想的限制的方式。如圖4A所示，可以安裝一個或多個支撐組件28來支撐結(jié)構(gòu)框架30。包括在支撐組件28中的裝置10通過屈服臂16的撓性屈服來消散由于動態(tài)荷載狀態(tài)產(chǎn)生的能量。該 裝置10的連接部分，亦即第一端12和第二端14用來在地震或其它動態(tài)荷載過程期間保持 彈性。為了利用以鑄造工藝為表示的批量生產(chǎn)的機(jī)會，第一端12設(shè)計成連接到支撐件22 的范圍。如圖4C所示，第一端12具有與支撐件22的外表面的曲率匹配的曲率，但可以與 改變壁厚的中空結(jié)構(gòu)型材一起使用。圖5示出了熔絲組件在拉伸或壓縮屈服中的位移。本發(fā)明的屈服熔絲裝置的第二個實(shí)施例如圖6-12所示。在這個情況下，結(jié)構(gòu)屈服 裝置32包括端部34和主體部36，該端部34構(gòu)造成容納支撐件22并與該支撐件22相連 接，該主體部36通常遠(yuǎn)離由支撐件22限定的軸線設(shè)置，該主體部36包括多個朝向該軸線 延伸的撓性屈服臂38，該屈服臂38包括底部部分39和頂部部分40。通過屈服臂38中的 撓性塑性鉸鏈的變形，屈服裝置32可操作以消散由于動態(tài)荷載狀態(tài)產(chǎn)生的能量例如地震 能?？梢栽O(shè)置一個或多個接合板42以保持屈服臂38的頂部部分40。接合板42可以通過 螺栓保持頂部部分40，該螺栓穿過接合板42中的槽孔并穿過屈服臂38的頂部40中的孔。 這允許屈服臂38的頂部部分40相對于接合板42旋轉(zhuǎn)和平移，從而避免在屈服臂38中產(chǎn) 生嚴(yán)重的軸向力。在另一個實(shí)施例(未示出)中，屈服臂38的頂部部分40可鑄造成實(shí)心 圓柱體，其直接由接合板42中的槽孔限制。在這兩種情況下，螺栓或?qū)嵭膱A柱體以及它們 的槽需要具有足夠的強(qiáng)度，以便當(dāng)屈服臂38在動態(tài)荷載狀態(tài)情況例如地震中如所預(yù)料地 經(jīng)受循環(huán)的非彈性變形時保持彈性和最小變形。屈服臂38可以是錐形，以在沿該屈服臂的整個長度上促進(jìn)屈服，并且屈服臂38偏 心于支撐件22的軸線。在本發(fā)明的一個方面中，屈服臂38沿著其高度方向而不是通過其 厚度方向?yàn)殄F形。在屈服臂38的底部部分39和頂部部分40，可以改變該錐形，從而使得底 部部分39和頂部部分40的厚度和高度被加厚，以便確保屈服被包含在預(yù)定的錐形部部分 38內(nèi)。裝置32的端部部分34可以包括與支撐件22的形狀相對應(yīng)的形狀，支撐件22的 形狀在圖8的情況中為管狀，因此，第一端34的形狀具有與支撐件22的曲率對應(yīng)的曲率。 在裝置32的第一端34處的接頭需要具有足夠的強(qiáng)度以抵抗預(yù)期的軸向力、剪切力和彎曲 力，這些力在屈服臂38的非彈性變形期間被施加于其上。為了利用以鑄造工藝為表示的批 量生產(chǎn)的機(jī)會，第一端34設(shè)計成連接至支撐件22的范圍。在圖8和IOB所示的實(shí)施例中， 第一端34具有與支撐件22的外表面的曲率匹配的曲率，但可以與改變壁厚的中空結(jié)構(gòu)型 材一起使用。對于裝置32的適當(dāng)功能而言，主體部36必須是比例均衡的，以確保其在錐形屈 服臂的循環(huán)非彈性變形期間保持彈性。主體部36的截面可以不同于圖IOC和IlC所示的 “T”型截面。該主體部36的截面應(yīng)被成形為促進(jìn)可鑄性，同時使部件的重量最小化。主體 部36還應(yīng)充分延伸超過支撐件22的端部以留出間隙46，該間隙是當(dāng)受到動態(tài)荷載狀態(tài)時 最大的預(yù)期軸向支撐變形的至少兩倍。該預(yù)期的支撐變形來自在地震荷載下對結(jié)構(gòu)件的分 析，該分析在周知的地震設(shè)計規(guī)范中有規(guī)定。類似地，接合板42延伸超過角撐板24的端部 以在結(jié)構(gòu)裝置32的端部與角撐板24的端部之間提供間隙48。端部連接的角撐板24和接合板42每個都具有相應(yīng)的孔以允許接合板通過螺栓固 定到角撐板上，其中，接合板中的孔形成為槽狀，以允許屈服臂38的頂部部分40在所述裝置屈服時進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)。在圖IOC和IlC中，接合板42包括用于保持屈服臂38的頂部 部分40的兩個相對部分。接合板42可以是圖9所示的鑄鋼元件或者由圖8所示的軋鋼產(chǎn) 品制造。在任一情況下，接合板42和接頭必須被設(shè)計以在受到周期軸向拉伸和壓縮時保持 彈性和剛性，所述周期軸向拉伸和壓縮在屈服臂38的循環(huán)非彈性變形期間被施加于其上， 其中，該屈服臂38的循環(huán)非彈性變形發(fā)生在動態(tài)荷載狀態(tài)過程中。根據(jù)圖8所示的一個特定方面，支撐組件44包括支撐件22、至少兩個屈服裝置 32、組件端部接頭24例如角撐板、以及用于連接支撐件22的遠(yuǎn)端的裝置例如第二角撐板， 其中，所述組件端部接頭24包括接合板42。一方面，兩個屈服裝置32如圖IOA和IlA所示地應(yīng)用在支撐組件44中，以在強(qiáng)烈 的軸向加載期間提供對稱屈服。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，包括三個或多個屈服裝 置32的其它對稱構(gòu)造當(dāng)然也是可行的。支撐組件44可以被構(gòu)造成具有兩個屈服裝置32以促進(jìn)響應(yīng)于拉伸或壓縮的對稱 屈服(見圖10)。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)由接合板42提供的限制，支持組件44僅通常在支撐件22 的軸線所限定的軸向方向上屈服。換句話說，由接合板42提供的限制禁止支撐組件44脫 離平面的彎曲。屈服臂38可以或者不可以與支撐件22的軸線垂直。傾斜所述屈服臂38會導(dǎo)致 系統(tǒng)的彈性剛度增加。本發(fā)明的屈服熔絲裝置利用有限元分析和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)行了檢驗(yàn)。圖13提供了 根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的屈服裝置10的表明該屈服裝置實(shí)施例的滯后響應(yīng)的循環(huán)載荷 位移圖表，圖14提供了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的屈服裝置32的表明該屈服裝置實(shí)施例 的滯后響應(yīng)的循環(huán)載荷位移圖表。圖15和16提供了表明響應(yīng)屈服裝置熔絲10和32受到 壓縮或拉伸作用實(shí)施例時的靜態(tài)載荷位移圖表。圖17和18所示為從屈服裝置10，32實(shí)施 例的數(shù)值模擬獲得的等效(von-Mises)塑性變形分布。本發(fā)明的其它實(shí)施例當(dāng)然也是可行的，例如圖9和IlA所示，本發(fā)明的屈服熔絲裝 置可通過螺栓(如所示)或焊接(未示出)與W型材而不是中空結(jié)構(gòu)型材相連接。其它變 型也可行，包括改變屈服裝置中的臂的數(shù)量；改變屈服臂的幾何結(jié)構(gòu)；改變屈服裝置、支 撐件、以及結(jié)構(gòu)框架之間的連接方式，無論是通過焊接、螺栓還是其它方式、以及包括一個 或多個中間接頭例如角撐板；采用不同形狀和尺寸的支撐件，等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解到，本發(fā)明的屈服裝置可用各種不同的材料鑄造。尤 其是，任何適當(dāng)?shù)蔫T造材料都是可行的，尤其是可鑄鋼。例如，硅重量含量小于0.55%的 ASTM A958等級SC8620類80/50鋼是用于屈服裝置的適當(dāng)材料。ASTM A216/A216M WCB和 ASTMA352/A352M LCB也適合。采用這些等級確保了屈服裝置被認(rèn)為是可焊接的基礎(chǔ)金屬。 根據(jù)特定應(yīng)用所需的特性，可用不同的合金和不同型號的鋼來鑄造。應(yīng)理解的是，上文描述僅通過示例來說明本發(fā)明。關(guān)于本發(fā)明的許多改變對于本 領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，這種顯而易見的改變無論是否明確描述都落于本發(fā)明這里所 述的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一結(jié)構(gòu)裝置，其用于支撐組件中，該支撐組件用于結(jié)構(gòu)框架，該支撐組件包括支撐件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)裝置包括(a)第一端，其被構(gòu)造成容納所述支撐件并連接到該支撐件上；(b)第二端，其適于與所述結(jié)構(gòu)框架連接；以及(c)設(shè)置在第一端和第二端之間的至少一個撓性屈服臂。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述屈服臂是細(xì)長的并包括與由所述支撐 件限定的軸線間隔開的中心部分。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述屈服臂在中間部分處為錐形。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支撐件為管狀，所述第一端包括與該支 撐件的曲率相對應(yīng)的曲率。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支撐組件還包括組件端部接頭，所述第 二端與該組件端部接頭連接，該組件端部接頭與所述結(jié)構(gòu)框架連接。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述組件端部接頭是角撐板，所述第二端具 有至少一個凸緣部分，所述至少一個凸緣部分具有與角撐板中的孔對應(yīng)的孔，以允許所述 第二端通過螺栓與所述組件端部接頭連接。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，設(shè)有兩個相對的凸緣部分，當(dāng)組裝成支撐組 件時每個所述凸緣部分設(shè)置在所述角撐板的每側(cè)上。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第二端包括與所述凸緣部分相鄰的彎 曲部分，該彎曲部分用于將支撐件的運(yùn)動限制為在軸向方向上的運(yùn)動。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一端和第二端都設(shè)置在由支撐件限 定的軸線內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)裝置是鑄造結(jié)構(gòu)裝置。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置用于動態(tài)荷載狀態(tài)下。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置用于保護(hù)支撐件和結(jié)構(gòu)框架在動 態(tài)荷載狀態(tài)過程中不被損壞。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，動態(tài)荷載狀態(tài)包括強(qiáng)烈的地震荷載狀態(tài)。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，當(dāng)結(jié)構(gòu)框架受到動態(tài)荷載狀態(tài)時，所述裝 置用作屈服熔絲。
15.一種用于結(jié)構(gòu)框架的支撐組件，包括(a)支撐件；和(b)至少一個結(jié)構(gòu)裝置，每個結(jié)構(gòu)裝置包括(i)第一端，其被構(gòu)造成容納所述支撐件并連接到該支撐件上；( )第二端，其適于與所述結(jié)構(gòu)框架連接；和(iii)設(shè)置在第一端和第二端之間的至少一個撓性屈服臂。
16.如權(quán)利要求15所述的支撐組件，其特征在于，該支撐組件包括兩個或多個應(yīng)用于 該支撐組件中的結(jié)構(gòu)裝置，以在沿軸向方向加載期間提供對稱的屈服。
17.如權(quán)利要求15所述的支撐組件，其特征在于，所述屈服臂是細(xì)長的并包括與由支 撐件限定的軸線間隔開的中心部分。
18.如權(quán)利要求15所述的支撐組件，其特征在于，所述支撐件為管狀，所述第一端包括與支撐件的曲率相對應(yīng)的曲率。
19.如權(quán)利要求15所述的支撐組件，其特征在于，支撐組件還包括用于將該支撐組件 連接到所述結(jié)構(gòu)框架上的端部接頭。
20.如權(quán)利要求19所述的支撐組件，其特征在于，所述端部接頭是角撐板，所述第二端 具有至少一個凸緣部分，該至少一個凸緣部分具有與所述角撐板中的孔對應(yīng)的孔，以允許 該第二端通過螺栓固定到該角撐板上。
21.如權(quán)利要求20所述的支撐組件，其特征在于，設(shè)有兩個相對的凸緣部分，當(dāng)組裝成 支撐組件時每個凸緣部分設(shè)置在角撐板的每側(cè)上。
22.如權(quán)利要求21所述的支撐組件，其特征在于，所述第二端包括與所述凸緣部分相 鄰的彎曲部分，該彎曲部分用于將支撐件的運(yùn)動限制為在軸向方向上的運(yùn)動。
23.如權(quán)利要求20所述的支撐組件，其特征在于，所述支撐件包括用于接合角撐板的 槽，以便將支撐件的運(yùn)動限制為在所述支撐的軸向方向上的運(yùn)動。
24.如權(quán)利要求15所述的支撐組件，其特征在于，當(dāng)支撐件在軸向上朝向或遠(yuǎn)離所述 第二端運(yùn)動時，所述至少一個鑄造的結(jié)構(gòu)裝置中的每個的屈服臂可操作以撓性屈服。
25.如權(quán)利要求15所述的支撐組件，其特征在于，所述支撐組件還包括用于將該支撐 件的遠(yuǎn)端連接到結(jié)構(gòu)框架上的連接裝置。
26.如權(quán)利要求15所述的支撐組件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)裝置是鑄造的結(jié)構(gòu)裝置。
27.如權(quán)利要求15所述的支撐組件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)裝置用于保護(hù)支撐件和結(jié) 構(gòu)框架在動態(tài)載荷狀態(tài)過程中不受損壞。
28.—種結(jié)構(gòu)裝置，其用于支撐組件中，該支撐組件用于結(jié)構(gòu)框架，該支撐組件包括支 撐件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)裝置包括(a)端部，其被構(gòu)造成容納支撐件并與該支撐件連接；和(b)主體部，其通常遠(yuǎn)離由所述支撐件限定的軸線設(shè)置，該主體部包括從該主體部向所 述軸線延伸的多個撓性屈服臂，該屈服臂包括適于與所述結(jié)構(gòu)框架連接的頂部部分。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，支撐組件還包括接合板和用于將該支撐 組件連接到結(jié)構(gòu)框架上的支撐組件端部接頭，其中，接合板被構(gòu)造成保持屈服臂的頂部部 分和支撐組件端部接頭。
30.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于，所述頂部部分通過螺栓連接被保持在接 合板中。
31.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于，所述端部接頭是角撐板，所述接合板具有 與角撐板中的孔相對應(yīng)的孔，以允許接合板通過螺栓連接被保持到角撐板上。
32.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于，所述接合板包括用于保持屈服臂的頂部 部分的兩個相對的部分。
33.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于，接合板包括用于保持屈服臂的頂部部分 的第一端；用于連接到組件端部接頭的第二端；位于第一端和第二端之間的中間部。
34.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于，所述接合板延伸超過所述組件端部接頭， 從而使得在結(jié)構(gòu)裝置與組件端部接頭之間形成間隙，其中，所述間隙的長度為在動態(tài)荷載 狀態(tài)過程中最大的預(yù)期軸向支撐變形的至少兩倍。
35.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，所述支撐件沒有延伸超過所述裝置的第一端。
36.如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，支撐件與所述裝置的主體部之間形成有 間隙。
37.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，屈服臂沿著其長度方向?yàn)殄F形。
38.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，所述支撐件為管狀，所述第一端包括與該 支撐件的曲率相對應(yīng)的曲率。
39.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)裝置是鑄造的結(jié)構(gòu)裝置。
40.權(quán)利要求28的裝置，其用于動態(tài)荷載狀態(tài)下。
41.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，所述裝置用于保護(hù)結(jié)構(gòu)框架在動態(tài)荷載 狀態(tài)過程中不受損壞。
42.如權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于，所述動態(tài)荷載狀態(tài)包括強(qiáng)烈的地震荷載 狀態(tài)。
43.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，當(dāng)所述結(jié)構(gòu)框架經(jīng)受動態(tài)荷載狀態(tài)時所 述裝置用作屈服熔絲。
44.一種用于結(jié)構(gòu)框架的支撐組件，其特征在于，該支撐組件包括(a)支撐件；和(b)至少兩個結(jié)構(gòu)裝置，每個結(jié)構(gòu)裝置包括(i)端部，其被構(gòu)造成容納支撐件并與該支撐件相連接；以及( )主體部，其通常遠(yuǎn)離由該支撐件限定的軸線設(shè)置，該主體部包括從該主體部朝向 所述軸線延伸的多個屈服臂，所述屈服臂包括適于與所述結(jié)構(gòu)框架相連接的頂部部分。
45.如權(quán)利要求44所述的支撐組件，其特征在于，設(shè)有兩個鑄造的結(jié)構(gòu)裝置。
46.如權(quán)利要求44所述的支撐組件，其特征在于，支撐組件還包括接合板和用于將支 撐組件連接到結(jié)構(gòu)框架上的支撐組件端部接頭，其中，接合板被構(gòu)造成保持屈服臂的頂部 部分和支撐組件端部接頭。
47.如權(quán)利要求46所述的支撐組件，其特征在于，所述頂部部分通過螺栓裝置由接合 板保持。
48.如權(quán)利要求46所述的支撐組件，其特征在于，所述端部接頭是角撐板，所述接合板 具有與角撐板中的孔對應(yīng)的孔，以允許接合板通過螺栓連接被保持在角撐板上。
49.如權(quán)利要求46所述的支撐組件，其特征在于，所述接合板包括用于保持屈服臂的 頂部部分的兩個相對的部分。
50.如權(quán)利要求44所述的支撐組件，其特征在于，所述支撐件是管狀的，所述第一端包 括與該支撐件的曲率對應(yīng)的曲率。
51.如權(quán)利要求44所述的支撐組件，其特征在于，所述至少一個鑄造的結(jié)構(gòu)裝置中每 一個的屈服臂可操作以當(dāng)支撐件在軸向上朝向或遠(yuǎn)離端部接頭運(yùn)動時撓性屈服。
52.如權(quán)利要求44所述的支撐組件，其特征在于，支撐組件還包括用于將所述支撐件 的遠(yuǎn)端連接到結(jié)構(gòu)框架上的連接裝置。
53.如權(quán)利要求44所述的支撐組件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)裝置是鑄造的結(jié)構(gòu)裝置。
54.如權(quán)利要求44所述的支撐組件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)裝置用于保護(hù)支撐件和結(jié) 構(gòu)框架在動態(tài)荷載狀態(tài)過程中不受損壞。
全文摘要
一種屈服熔絲裝置，其用于與支撐組件中的支撐件相關(guān)聯(lián)地使用，該支撐組件用于結(jié)構(gòu)框架。該裝置包括當(dāng)支撐組件處于拉伸或壓縮荷載狀態(tài)、支撐件在軸向方向上運(yùn)動時撓性地屈服的臂或元件。作為大量定制的鑄造裝置，本發(fā)明的裝置特別有用。所述裝置很適合地震支撐用途。
文檔編號E04B1/98GK101827983SQ200880018181
公開日2010年9月8日 申請日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者康斯坦丁·赫里斯托普洛斯, 杰弗里·阿蘭·帕克, 邁克爾·格雷 申請人:康斯坦丁·赫里斯托普洛斯;杰弗里·阿蘭·帕克;邁克爾·格雷