专利名称：地震结构设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用在承受地震载荷的结构中的联结横梁接头。具体来说，联结横梁接头是这样的链熔接头，它延长动态周期并且降低结构的剪力墙或框架构造上必须抵受的力，以便所述墙壁或框架可以承受地震活动而不会遭受严重损坏。
背景技术：
在遭受地震活动的地区已经构建了许多结构，并且每天还在构建结构。对于这些结构的设计必须给予特殊的考虑。除了正常载荷条件之外，这些结构的墙壁和框架必须设计地不仅适应正常载荷条件，而且还要适应地震活动所独有的载荷条件。例如，剪力墙中的联结横梁在地震情况下通常承受周期运动。为了承受这种载荷条件，遭受地震活动的结构必须展现出延展性，允许耗散极端载荷条件下的能量。
在传统系统中，已经设计了承受地震载荷的加强联结横梁，横梁利用完全展开的加强杆直接完全连接到加强混凝土剪力墙。这些横梁设计成弹性地抵受使用过程中的风力和频繁的地震情况，并且设计成在严重地震情况下，展现出塑性或者铰接起来。
由于联结横梁的长宽比相对较小，所以剪切力通常控制横梁的行为。对
于较大的剪切力来说，通常需要侧面图中布置成形状为"X"的对角加强件。
在其他情况下，即剪切力较大时，嵌入结构钢构件置于加强混凝土横梁中，抵受载荷。在各种情况下，这些横梁都设计成在严重地震情况下永久变形。如果永久地使用，则加强杆或结构钢变形，而且混凝土开裂或剥落。能量被耗散了，而且横梁展现出了延展性，但是传统设计的横梁发生了塑性变形。
在钢联结架中，钢横梁位于联结件之间，设计成在极端地震情况下发生熔化。这种性质类似于偏心联结架中所用的横梁联杆。这种横梁设计成屈服并塑性变形，保护联结构件和立柱以及结构的完整性。
虽然目前的联结横梁设计可以承受地震情况，但是由接头无法弹性作用而导致的损坏，在传统节结构承受地震情况之后能否继续使用方面，引发了严重的问题。因此，需要能承受地震情况而不会遭遇严重横梁或接头失效的剪力墙和钢联结架，以便即使在承受地震活动之后，结构的完整性也能不受影响地保持下来。
发明内容
符合本发明的"链熔"接头能让剪力墙或钢联结架承受地震情况而不会遭遇严重的横梁或接头失效。链熔接头在文中也称之为接头连接件。链熔接头一般用在联结横梁组件中。链熔接头例如可以包含在承受地震活动的建筑物或者其他结构的加强混凝土剪力墙或钢联结架中，通过让链熔接头在极端载荷下发生滑动来改善结构的动态特性。这种滑动通过延长结构的基本周期并软化该结构，从而改变了结构的动态特性，允许所述结构在地震情况中展现出弹性属性。利用链熔接头， 一般不需要使用像类似尺寸的结构中所用的剪力墙或钢架那样巨大的剪力墙或钢架来承受极端地震情况。因此，通过使用符合本发明的链熔接头，可以降低总体建筑成本。
链熔接头可以用在联结横梁中，即横梁连接到结构的相邻墙壁或框架的地方。在链熔接头中，横梁中的板组件设计成配合销组件并被该销组件保持在一起，所述销组件通过连接板并从所述板组件向外延伸。此外，板组件具有对角对置槽。板组件例如可以借助单条螺紋杆、多条螺紋杆、多条高强度钢螺栓等固紧在一起。这种连接允许带槽的板在承受极端地震载荷时相对于彼此滑动，而不会发生夹持力的明显损失。通过用黄铜处理板组件的紧配合表面，可以进一步限制接头中的运动。用在连接件中的黄铜衬垫具有预定的载荷-位移特性和优良的周期属性。
由板组件内黄铜衬垫抵靠钢表面的夹持力引发摩擦力，阻止接头在大多数使用载荷条件下，诸如由风力、重力和中等程度的地震情况所施加的载荷条件下，发生滑动。对螺紋杆或高强度螺栓施加扭矩，在相连的表面之间引发摩擦力，从而提供防滑连接件。但是，在极端地震载荷条件下，施加到连接件的力超过了摩擦系数与常用杆或螺栓夹持力的乘积，这样导致接头在平面方向滑动，同时保持连接。
接头在地震情况下的滑动将剪切力和弯曲力矩从联结横梁传递到剪力墙或联结架。这种滑动耗散了能量,'也称为"熔化"。这种能量耗散减少了地震活动可能对结构造成的损害。
根据符合本发明的设备，提供了一种接头连接件。该接头连接件包括第一板组件，第一板组件具有第一连接板，第一连接板包括贯穿形成的第一对角槽。第二板组件具有第二连接板，第二连接板具有贯穿形成的第二对角槽。第二对角槽与第 一对角槽对角对置。第二连接板定位成让第二对角槽的至少一部分与第一对角槽的一部分对准。销贯穿第一对角槽和第二对角槽定位。当该结构连接件承受地震载荷时，该接头连接件适应第一和第二板组件至少其中之一相对于彼此的滑动，而且不会发生夹持力的明显损失。
虽然符合本发明的接头连接件在极端地震载荷下发生滑动，以耗散能量，但是该接头将因自身构造而保持弹性。此外，该接头在承受载荷并发生滑动时， 一般既不会塑形变形也不会屈服。这样例如能让使用该接头连接件的剪力墙结构在发生地震情况之后，仍然可以使用，并抵受另外的地震活动。
在审视以下附图和详细说明之后，本领域技术人员将会明白本发明的其他特征。意思是说，全部额外的系统、方法、特征和优势应该包括在本说明中，落入本发明的范围之内，受到权利要求书的保护。
作为说明书组成部分的附图，说明了本发明的实施方式，连同说明内容
一起，用来解释本发明的优势和原理。在附图中
图1是符合本发明的联结横梁接头组件的一种实施方式的立体图2是图1所示联结横梁接头组件的分解主视图2a是用于连接带槽板组件的销组件的主视图3是图1所示联结横梁接头组件的分解俯视图3a是用来连接带槽板组件的销组件的侧视图4是图2所示板组件沿着线IV-IV，切开的截面图5是图2所示板组件沿着线V-V，切开的截面图6是图2所示板组件沿着线VI-VI，切开的截面图7是单一螺紋贯穿杆销组件的侧视图8是多条螺栓贯穿杆销组件的侧视图9是多条高强度螺栓销组件的侧视图IO是符合本发明的联结接头组件的一种实施方式的主视图；图11是符合本发明的联结接头组件的一种实施方式的俯视图12是符合本发明的联结横梁接头组件在承受极端载荷条件时，链熔 接头发生位移后，应该出现的情况的主一见图；和
图13是符合本发明的联结横梁接头组件在承受极端载荷条件下，链熔 接头发生位移后，应该出现的情况的立体图。
在若干附图中，对应的附图标记始终指代对应的部件。
具体实施例方式
现在将详细讨论如附图所示，符合本发明的链熔接头的实施方式。链熔 接头能让剪力墙或钢联结架承受地震而不会出现明显的横梁失效或接头失 效。链熔接头例如可以包含在建筑物或者其他结构上承受地震活动的加强混 凝土剪力墙或钢联结架中，通过让链熔接头在极端载荷下滑动而改善结构的 动态特性。这种滑动通过延长结构的基本周期并软化结构改变了结构的动态 特性，允许结构在地震现象中展现出弹性属性。利用链熔结构， 一般不必像 通常尺寸类似的结构所用的剪力墙或钢架和联结横梁那样使用巨大的剪力 墙或钢架和联结横梁来承受极端地震现象。因此，通过使用符合本发明的链 熔接头，总体建筑成本也可以降低。
图i是符合本发明的联结横梁接头组件10的一种实施方式的立体图。 虽然图1所示示例实施方式描述为应用于加强混凝土组成的结构，但是本领 域技术人员还可以将链熔接头19用在包含其他材料诸如结构钢和/或复合材 料例如结构钢与加强混凝土的组合的结构中。链熔接头例如可以用在联结架 的立柱之间。
从图1中可以看出，示例联结横梁接头组件10包括以横梁14a和14b 连接的墙壁12a和12b。在示例性实例中，墙壁12a、 12b为加强混凝土墙壁。 墙壁可以替代地包括不同材料，诸如钢柱等。横梁例如可以是混凝土横梁、 钢横梁等。嵌入板28a、 28b例如通过焊接到横梁和/固紧到横梁混凝土材料 中，从而固紧到各横梁14a、 14b。间隔开的连接板16a、 16b从嵌入板28b 末端延伸。间隔开的连接板18a、 18b从嵌入板28a末端延伸。连接板例如 可以是钢板等，并且例如通过焊接到连接板从而连接到嵌入板。
连接板16a、 16b和连接板18a、 18b经由链熔接头19彼此连接。为了 制造链熔接头19，各连接板16a、 16b和18a、 18b经由销组件20彼此连接，所述销组件延伸通过这一组连接板16a、 16b和18a、 18b。销组件20例如可 以包括结构钢或其他适当材料。在示例性实例中，连接板16a、 16b作为内 板定位在外连接板18a、 18b之间。完成链熔接头19时，每一组内连接板16a、 16b和外连接板18a、 18b彼此贴靠。正如以下进一步i兌明，经由销组件20 通过板16a、 16b和18a、 18b上相对的槽30和31将连接板16a、 16b和18a、 18b连接在一起，形成了符合本发明的链熔接头19。
在示例性实例中，存在贴靠两块连接板18a、 18b的两块连接板16a和 16b。本领域技术人员可以理解，链熔接头的每一侧可以包括不同数量的连 接板。例如，接头一侧可以包括两块连接板16a和16b，而接头相反一侧可 以包括单个的较宽连接板18。在接头的每一侧上可以有一块或多块连接板。 此外，在接头的每一侧上可以有不同数量的连接板。
图2是图1所示联结横梁接头组件10的分解主视图。该视图表示了接 头19脱开时，连接板16a和18a应该出现的样子。在示例性实例中，连接 板16a和18a焊接到各嵌入板28a、 28b并从嵌入板背向延伸。
内连接板16a、 16b和外连接板18a、 18b均分别包括对角槽30和31。 所述槽以基准角度e对角对置，基准角度通常为0°到90。。对角对置的这些 槽允许墙壁12a和12b的平面内存在强加的横向或竖直力矩。
图2a是示例性销组件20的主视图，该销组件包括结构钢销(或螺紋杆) 21、 4个钢螺母22和8个钢垫圏24。销21插入连接^反16a、 16b和18a、 18b 上的对角槽30和31中。然后，用钢垫圈24和扭矩钢螺母22将销21约束 在连接板上。钢垫圈24位于钢螺母22下面。销21通过对角对置槽30和31 对准。本领域技术人员可以理解，销组件的部件可以包括除以上针对示例性 实例所述材料之外的其他材料。此外，销组件的配置可以适配成包括较少或 较大数目的部件，诸如额外的垫圈或螺母。
图3是图1所示联结横梁接头组件10的分解俯视图。该视图描绘了内 连接板16a、 16b和外连接板18a、 18b的位置。在该图中也示出了对角对置 槽30和31的位置。如图所示，连接板16a包括槽30a，连接4反16b包括槽 30b,连接板18a包括槽31a，连接板18b包括槽31b。在示例性实例中，连 接板16a、 16b和18a、 18b从嵌入板28a、 28b直接向外延伸，并且与各联 结横梁14a、 14b平行。在示例性实例中，连接板16和18相对于板组件中 心线彼此等距设置。在图3a中示出的是用来连接板16a、 16b和18a、 18b的销组件20的俯 视图。该视图示出了销21如何利用位于钢垫圈24上的钢螺母22紧固到连 接板16a、 16b和18a、 18b,其中在本例中销为螺纹钢杆。黄铜衬垫26设置 在钢垫圈24和连接板16a、 16b和18a、 18b之间。
图4是图2所示板组件18沿着线IV-IV，切开的截面图。该截面示出了 外连接板18a、 18b的截面。此外，该视图示出了对角槽31a、 31b相对于沿 着IV-IV，切开的横梁14a的水平中心轴线40的位置。
图5是图2所示板组件16沿着线V-V，切开的截面图。该截面示出了内 连接板16a、 16b的截面。该视图还示出了对角槽30a、 30b相对于沿着V-V， 切开的横梁14b的水平中心轴线50的位置。
图6是图2所示板组件16a、 16b沿着线VI-VI，切开的截面图。该视图 示出了与嵌入板28正交的连接板16a、 16b以及它们相对于超出的横梁14b 和墙壁12b的位置。
图7是利用单个钢螺紋贯穿杆21连接内连接板16a、 16b和外连接板18a、 18b的完整销组件20的俯视图。该示例性销组件包括全螺紋钢杆21、用于 向所述杆施加扭矩的钢螺母22、钢垫圈24和黄铜衬垫26。图7a是完整销 组件20的侧^L图。
图8是利用多条钢螺紋贯穿杆32连接内连接板16a、 16b和外连接板18a、 18b的完整销组件20的另一种实施方式的俯视图。该销组件包括多条螺紋钢 杆32、用来向所述杆施加扭矩的钢螺母33、钢垫圏24、黄铜衬垫26和用来 保持所述杆对准的钢间隔板36。间隔板36可以使用标准直径的孔来匹配杆 直径。图8a是使用多条钢螺紋贯穿杆32的完整销组件20的侧一见图。
图9是利用多条高强度钢螺栓34连接内连接板16a、 16b和外连接板18a、 18b的完整销组件20的另一种实施方式的俯视图。销组件包括剪切平面34 上不带螺紋的高强度钢螺栓、用来向所述螺栓施加扭矩的钢螺母35、钢垫圏 24和黄铜衬垫26。图9a是采用多条高强度钢螺栓34的完整销组件20的侧 视图。
图10是连接板16a、 16b和18a、 18b经由链熔接头19连接时应该出现 的联结横梁接头组件10的一种实施方式的主视图。该视图示出了销组件20 通过连接板16a、 16b和18a、 18b的位置。这种连接例如可以用单一贯穿杆 21、多条贯穿杆32或多条高强度螺栓34来实现。正如前面解释的，连接板18a、 18b和16a、 16b上的对角对置槽30和31分别允许连接板在承受极端 地震载荷的时候，相对于彼此滑动。随着连接板移动，它们借助销20保持 在一起，然而能随着销20在槽中的移动而移动。这种发生在板16a、 16b和 18a、 18b之间的滑动传递到嵌入板28a、 28b，从而在接头19处耗散能量。
为了控制连接板16a、 16b和18a、 18b承受标准载荷条件诸如风力、重 力和中等地震情况时它们之间的滑动，例如可以在连接板之间和/或连接板与 相邻垫圏之间设置一个或多个黄铜衬垫26。黄铜或者所用的其他材料抵靠结 构钢或其他材料的清洁轧制表面的摩擦系数是本领域所熟知的，并且可以精 确地预期。例如，开始滑动的剪切力可以利用以下方程1来确定
F = AiV (方禾呈1 )
其中，F是开始滑动时的剪切力，a是静摩擦系数(例如，对于夹置在 钢板之间的黄铜来说为0.30),而N是通过在贯穿杆21或32或螺栓34上施 加扭矩而在连接部内引入的夹持力。因此，在连接板16a、 16b和18a、 18b 之间将要发生滑动或旋转之前，接头19可以承受的剪切力的大小，可以确 定。
此外，钢螺栓21、 32或34上的螺栓张紧力在滑动过程中并不消失。因 此，接头19的摩擦阻力在剪力墙/联结横梁/接头在连接板16a、 16b和18a、 18b之间发生的滑动停止之后，仍然保持。因此，链熔接头19在中等载荷的 条件下不能继续滑动，即便在遭遇极端地震活动之后。
图11是联结横梁接头组件10的一种实施方式的俯视图。该视图示出了 接头19连接时，连接板16a、 16b和18a、 18b相对于彼此以及相对嵌入板 28的位置。如该示例性实例所示，村垫26例如可以位于连接板(例如，连 接板16a和连接板18a)之间，位于连接板和内垫圈(例如，连接板16b和 垫圏24 )之间，和/或连接板和外垫圈(例如，连接板18b和垫圏24 )之间。
图12是严重地震载荷情况下链熔接头19出现滑动时的侧-现图，图13 是立体图。当承受地震载荷时，剪切力和弯曲力矩因地震活动而从地面运动 引入墙壁12a、 12b。当载荷极大时，链熔接头19将滑动，如图12和13所 示。接头19将围绕销21 (或32或34)连接部滑动，这种滑动是通过将销 组件20引入连接板16a、 16b和18a、 18b同时采用对角对置槽30和31而 形成的。剪切载荷传递到联结横梁14a、 14b,然后通过销连接部传递到剪力 墙12a、 12b。在示例性实例中，墙壁12a例如相对于接头19朝向左上方偏移，以使销21滑动到槽31的基部，而销21在槽30内并未改变位置。但是，销21能在结构总体偏移过程中改变其在槽30内的位置。因此，在墙壁12a、12b相对于彼此移动时，对角对置槽能让销21在接头19内保持连接。
因此，随着链熔接头的滑动，能量被耗散掉。因此在地震情况下， 一但滑动发生，就改变了结构的动态特性。这种周期通过结构的固有软化，即刚度削弱而延长，因此降低了有效力并减少了对结构的损坏。
本发明实施方式的前述说明已经为图示和说明的目的进行了陈述。但是并不是穷举性质的，而且并未将本发明限制于所公开的精确形式。根据上述教导或者可以从实践本发明所获得的教导，可以进行各种改型和变化。本发明的范围由附带的权利要求书及其等同文件来限定。
例如，在建筑框架内链熔接头19的其他应用包括将接头19引入除横梁之外的其他结构支撑构件，诸如剪力墙12，主要位于剪力墙12的基部。其他材料也可以考虑用于建筑框架和接头10,包括但不限于复合树脂材料诸如纤维玻璃。替代的结构钢形状也可以用于链熔接头19，包括但不限于拼接截面，例如焊接板，或者其他辊轧形状，诸如沟槽。替代的材料(除黄铜之外)也可以用在连接板16a、 16b和18a、 18b之间，实现可以预测的滑动阈值。这些材料包括但不限于特富龙、青铜或带有受控精整磨轧的钢。钢、特富龙、青铜或其他材料也可以代替板端连接部上的黄铜衬垫26。
在介绍本发明的元件或其优选实施方式时，冠词"一个"、"一种"、"该"以及"所述"旨在表示一个或多个元件。术语"包括"、"包含"和"具有"旨在表示包含的意思，意味着可能存在除所列举的元件之外的其他元件。
在不背离本发明的范围的前提下，可以对上述结构进行各种变形，意思
是说包含在上述说明内容以及示于附图中的全部内容应该理解为例述性质的，而非限制的意思。
权利要求
1.一种接头连接件，包括第一板组件，第一板组件具有第一连接板，第一连接板包括贯穿形成的第一对角槽；第二板组件，第二板组件具有第二连接板，第二连接板包括贯穿形成的第二对角槽，第二对角槽与第一对角槽对角对置，第二连接板定位成使所述第二对角槽的至少一部分与所述第一对角槽的一部分对准；和贯穿第一对角槽和第二对角槽定位的销，在所述接头连接件承受地震载荷时，所述接头连接件适应所述第一和第二板组件至少其中之一相对于彼此的滑动，并且不会发生夹持力的明显损失。
2. 如权利要求1所述的接头连接件，其特征在于，所述第一连接板包 括多块第一连接板，所述多块第一连接板的每一块具有贯穿形成的对角槽， 所述多块第 一连接板的对角槽彼此对准。
3. 如权利要求1所述的接头连接件，其特征在于，所述第二连接板包 括多块第二连接板，所述多块第二连接板的每一块具有贯穿形成的对角槽， 所述多块第二连接板的对角槽彼此对准。
4. 如权利要求1所述的接头连接件，其特征在于，所述第一板组件连 接到第一支撑构件，所述第二板组件连接到第二支撑构件。
5. 如权利要求4所述的接头连接件，其特征在于，所述第一支撑构件 和所述第二支撑构件至少其中之一是横梁。
6. 如权利要求4所述的接头连接件，其特征在于，所述第一支撑构件 和所述第二支撑构件至少其中之一是剪力墙。
7. 如权利要求4所述的接头连接件，其特征在于，所述第一支撑构件 和所述第二支撑构件至少其中之一由结构钢制成。
8. 如权利要求4所述的接头连接件，其特征在于，所述第一支撑构件 和所述第二支撑构件至少其中之一 由加强混凝土制成。
9. 如权利要求4所述的接头连接件，其特征在于，所述第一支撑构件 和所述第二支撑构件至少其中之一 由复合材料制成。
10. 如权利要求1所述的接头连接件，进一步包括 位于所述第一连接板和第二连接板之间的衬垫。
11. 如权利要求7所述的接头连接件，其特征在于，所述衬垫包括黄铜。
12. 如权利要求7所述的接头连接件，其特征在于，所述衬垫包括钢。
13. 如权利要求7所述的接头连接件，其特征在于，所述衬垫包括特富龙。
14. 如权利要求7所述的接头连接件，其特征在于，所述衬垫包括青铜。
15. 如权利要求1所述的接头连接件，其特征在于，所述销包括以下之 一单条螺紋钢杆、多条螺紋钢杆和多条高强度螺栓。
全文摘要
一种链熔接头抵抗地震载荷产生的弯曲力矩和剪切力。一种接头连接件包括第一板组件，第一板组件具有第一连接板，第一连接板包括贯穿形成的第一对角槽。第二板组件具有第二连接板，第二连接板具有贯穿形成的第二对角槽。第二对角槽与第一对角槽对角对置。第二连接板定位成让第二对角槽的至少一部分与第一对角槽的一部分对准。销贯穿第一对角槽和第二对角槽定位。当该结构连接件承受地震载荷时，该接头连接件适应第一和第二板组件至少其中之一相对于彼此的滑动，而且不会发生夹持力的明显损失。
文档编号E04B1/98GK101680223SQ200880017188
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月6日 优先权日2007年5月21日
发明者马克·P.·萨尔基西安 申请人:Som设计事务所