專利名稱：具有張緊構(gòu)件的自對(duì)中能量消散式撐桿裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種具有自對(duì)中特性的能量消散式撐桿裝置(braceapparatus)。更為具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于裝設(shè)在可能承受極端載荷條件的結(jié)構(gòu)中的撐桿裝置。
背景技術(shù)：
雖然，正常載荷條件下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目的在于通過(guò)提供強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性來(lái)滿足適用性和最終強(qiáng)度需求，但近來(lái)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，為了有效地和安全地抵擋諸如地震和爆炸載荷這樣的極端載荷條件，必須采用根本上不同的作法。針對(duì)這種載荷條件下的線彈性反應(yīng)來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，尤其是如果由于這種設(shè)計(jì)理念而在系統(tǒng)中不提供延展能力，則在經(jīng)濟(jì)上是不可行的，以及是潛在不安全的。這意味著可限制結(jié)構(gòu)中誘發(fā)的地震作用力的屈服系統(tǒng)的非線性特性是非常希望有的特性。
對(duì)于屈服系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)遲滯屈服(非彈性變形)每一循環(huán)消散的能量一般與結(jié)構(gòu)損傷相關(guān)聯(lián)。這種屈服系統(tǒng)被指望承受可以大大地?fù)p害結(jié)構(gòu)并加大修復(fù)成本的殘余變形。這就提出了多個(gè)在極端載荷條件后通常仍然未解的重要問(wèn)題已經(jīng)經(jīng)受一定程度非彈性變形的結(jié)構(gòu)仍可提供與前一樣的防護(hù)水平？經(jīng)過(guò)屈服的所有的構(gòu)件都必須更換嗎？在已經(jīng)發(fā)生屈服的每一處的材料狀態(tài)都必須予以評(píng)估嗎？還存在以下強(qiáng)烈的信念，主要來(lái)自公眾，即按照最新地震規(guī)范所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，例如，很少要求或根本不要求結(jié)構(gòu)修復(fù)并會(huì)導(dǎo)致地震后最少的紛亂時(shí)間。當(dāng)前地震工程方面的研究工作仍然采用實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)預(yù)定構(gòu)件的穩(wěn)定遲滯反應(yīng)這種理念。結(jié)構(gòu)損傷和殘余變形因此在設(shè)計(jì)等級(jí)的地震下是在意料中的。
例如，傳統(tǒng)的鋼制撐桿構(gòu)架主要設(shè)計(jì)得可保證強(qiáng)大地震下的終生安全性。它們被指望由于撐桿拉伸屈服和撐桿壓縮屈曲的重復(fù)循環(huán)所致而在地震后蒙受重大損傷。其次，作為在這些構(gòu)件中所引發(fā)的損傷的直接后果，整個(gè)建筑物的最終狀態(tài)可能是不平不直的。類似的反應(yīng)也指望出自其他通常的鋼制、鋼筋混凝土、石材和木材結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(阻抗力矩式構(gòu)架、墻體等等)。不良的結(jié)構(gòu)性能也可導(dǎo)致建筑物各種工作和功能部件的損壞，諸如建筑部件、建筑物服務(wù)設(shè)施或建筑物內(nèi)部裝置的損壞。結(jié)構(gòu)上的和非結(jié)構(gòu)上的損壞二者都可能影響建筑物中人員的安全和援救并可能導(dǎo)致建筑物工作的中斷。
這種現(xiàn)實(shí)對(duì)于重大地震后的修復(fù)成本和由紛亂時(shí)期引發(fā)的費(fèi)用都具有重大的后果。注意，已發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上很結(jié)實(shí)的結(jié)構(gòu)在地震后如果扶正的費(fèi)用很大或如果對(duì)享用者顯得很不安全則可能被棄置不用。在地震易發(fā)地區(qū)面臨其結(jié)構(gòu)的這種預(yù)期狀態(tài)的結(jié)構(gòu)擁有者往往日益選擇直接地采用高性能系統(tǒng)。其次，保險(xiǎn)公司也日益將其保險(xiǎn)費(fèi)基于預(yù)期的損傷成本，并且在這種附加刺激的情況下，將要為新的或現(xiàn)有結(jié)構(gòu)采取高性能系統(tǒng)的擁有者的數(shù)量有可能增大。
用以提高抗震性能的專業(yè)化阻尼器的當(dāng)前技術(shù)水平主要包括遲滯(屈服)、摩擦、粘性阻尼、粘彈性系統(tǒng)，或形狀記憶合金。遲滯(屈服)系統(tǒng)包括多個(gè)器件，設(shè)計(jì)得可經(jīng)受重復(fù)地非彈性變形并呈現(xiàn)出可變的遲滯反應(yīng)。
這些系統(tǒng)的第一類稱作屈服系統(tǒng)，諸如屈曲受限撐桿或屈服鋼板。屈服系統(tǒng)已經(jīng)成功地被采用在亞洲和北美的大量工程項(xiàng)目中。這些系統(tǒng)的第二類稱作摩擦系統(tǒng)，其中最普及的是Pall系統(tǒng)。這一系統(tǒng)已經(jīng)在過(guò)去15年中被采用在非常大量的結(jié)構(gòu)中。
注意，這兩類系統(tǒng)中沒(méi)有一類呈現(xiàn)出自對(duì)中特性，這在結(jié)構(gòu)承受地震和其他嚴(yán)重或極端載荷時(shí)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性能造成負(fù)面影響，并可導(dǎo)致永久變形。
粘性系統(tǒng)是專業(yè)化裝置，呈現(xiàn)出依賴于速度的作用力，并增大結(jié)構(gòu)的阻尼從而減小地震載荷作用下的反應(yīng)。粘彈性阻尼器也呈現(xiàn)出依賴于速度的作用力以在并行地提供附加彈性恢復(fù)力的同時(shí)增大阻尼。配備著粘性和粘彈性阻尼器的結(jié)構(gòu)要求主要結(jié)構(gòu)系統(tǒng)提供充分的彈性挺度和強(qiáng)度以阻抗所施加的載荷。這些裝置如果主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)受無(wú)彈性變形就不能保證自對(duì)中特性。
形狀記憶合金總的說(shuō)是金屬，在變形或加熱到某一特定溫度后可依靠自身重回其原有的幾何形態(tài)。形狀記憶合金通常可提供高度專業(yè)化的生產(chǎn)能力，但一般是昂貴的材料。
到目前為止，自對(duì)中特性已經(jīng)主要由專業(yè)化阻尼器予以實(shí)現(xiàn)，專業(yè)化阻尼器由復(fù)合的相互連接的彈簧件組成，這些彈簧件要求各種復(fù)雜而精細(xì)的制作工藝過(guò)程和各種形狀記憶合金材料，這些材料由于很高的成本而在最為一般的結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目中是禁用的。
在題為“在用于消散地震能量的撐桿系統(tǒng)中具有基于摩擦的補(bǔ)充阻尼的建筑結(jié)構(gòu)”(發(fā)表于1998年10月13日)的美國(guó)專利5819484中，Kar教導(dǎo)了一種撐桿裝置，可經(jīng)由摩擦彈簧能量消散組件形成重新對(duì)中能力，但它將施加于裝置的拉伸和壓縮轉(zhuǎn)換為作用在可安裝于建筑物兩部分上的裝置兩端之間筒體上的壓縮。
在題為“遲滯阻尼裝置與方法”(發(fā)表于1998年12月1日)的美國(guó)專利No.5842312中，Krumme等人講述了利用一或多個(gè)由形狀記憶合金制成的拉伸構(gòu)件以形成能量消散的阻尼裝置。不過(guò)，Krumme等人的裝置，具有由拉伸件聯(lián)接在一起的兩個(gè)相對(duì)移動(dòng)的支撐構(gòu)件(bracing member)，設(shè)置得在加力載荷期間涉及某些拉伸件，但是阻尼裝置的自對(duì)中特性來(lái)自特殊的非線性材料特性而并不涉及彈性部件之間的相互機(jī)械作用。
前面的討論導(dǎo)致提出最佳的極端載荷阻抗系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是i)具有屈服結(jié)構(gòu)的非線性特征以限制由嚴(yán)酷或極端載荷加在系統(tǒng)上的作用力，并消散輸入能量以控制變形；ii)通過(guò)包括允許結(jié)構(gòu)在極端載荷之后返回到其初始位置的重新對(duì)中特性來(lái)降低結(jié)構(gòu)修理費(fèi)用；iii)通過(guò)使主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)損壞的次數(shù)最少而進(jìn)一步降低修理費(fèi)用。
對(duì)于嚴(yán)酷或極端載荷的最佳阻抗可提高在有時(shí)發(fā)生在人口稠密的城市地區(qū)的巨大地震、颶風(fēng)或類似災(zāi)害情況下結(jié)構(gòu)的性能等級(jí)。配備這些高性能構(gòu)件的結(jié)構(gòu)顯著地以最小的損傷、低修理費(fèi)用和短紛亂時(shí)間對(duì)這種極端載荷作出了良好的反應(yīng)。
其次，這些系統(tǒng)可能對(duì)于地方、省級(jí)和聯(lián)邦政府設(shè)施，以及對(duì)于在巨大或?yàn)?zāi)難性事件期間或緊隨之后必須保持發(fā)揮作用的關(guān)鍵設(shè)施的擁有者和經(jīng)管者來(lái)說(shuō)，都是非常具有吸引力的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種裝置，包括與當(dāng)前技術(shù)相同的建筑特性和在工作負(fù)荷下的同樣反應(yīng)特征，但提供了在嚴(yán)酷循環(huán)載荷下經(jīng)過(guò)高度改進(jìn)的反應(yīng)，使結(jié)構(gòu)損傷最少并有效地形成自對(duì)中特征。
本發(fā)明的另一目的是提供一種裝置，通過(guò)將簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)構(gòu)件與現(xiàn)成可供使用的材料，諸如結(jié)構(gòu)鋼和高強(qiáng)度張緊件，結(jié)合起來(lái)以有效地形成前述的遲滯現(xiàn)象和自對(duì)中能力。
更為具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明，提供一種裝置，設(shè)計(jì)得狀為撐桿系統(tǒng)，可通過(guò)將可以利用現(xiàn)成可供使用的建造材料制成的各種專用部件組合起來(lái)以實(shí)現(xiàn)遲滯特性和自對(duì)中特性。此外，這種裝置可以配有能量消散系統(tǒng)，諸如但不限于摩擦表面、屈服犧牲構(gòu)件、粘彈材料、粘性流體阻尼器或形狀記憶合金，以形成所需的能量消散水平。
因此提供一種撐桿裝置(brace apparatus)，將要裝在承受載荷力的結(jié)構(gòu)兩部分之間以限制因載荷力所致的位移，此撐桿裝置包括固定部分，具有第一端部，將要裝于結(jié)構(gòu)的一部分，第一端部形成第一貼靠表面而第二端部形成第二貼靠表面；此撐桿裝置還包括可動(dòng)部分，具有第一端部，將要裝于結(jié)構(gòu)的一部分，第一端部形成第一貼靠表面而第二端部形成第二貼靠表面；此撐桿裝置還包括可張緊組件，將可動(dòng)部分裝于固定部分，以致a)可動(dòng)部分第一貼靠表面在固定部分第二貼靠表面附近，以及b)固定部分第一貼靠表面在可動(dòng)部分第二貼靠表面附近，可張緊組件則包括第一貼靠構(gòu)件，在固定部分第一端部附近，以及第二貼靠構(gòu)件，在可動(dòng)部分第一端部附近；第一和第二貼靠構(gòu)件由可調(diào)的張緊構(gòu)件相互連接；其中i)當(dāng)載荷力移動(dòng)可動(dòng)部分離開(kāi)固定部分時(shí)，第一貼靠構(gòu)件貼靠固定部分第一貼靠表面而第二貼靠構(gòu)件貼靠可動(dòng)構(gòu)件第一貼靠表面以從而限制可動(dòng)部分離開(kāi)固定部分的移動(dòng)，以及ii)當(dāng)載荷力移動(dòng)可動(dòng)部分朝向固定部分時(shí)，第一貼靠構(gòu)件貼靠可動(dòng)部分第二貼靠表面而第二貼靠構(gòu)件貼靠固定構(gòu)件第二貼靠表面從而限制可動(dòng)部分朝向固定部分的移動(dòng)。
因此提供一種撐桿裝置，可安裝在承受載荷力的結(jié)構(gòu)的兩部分之間；此撐桿裝置包括第一支撐構(gòu)件，此構(gòu)件具有第一端部，可安裝于兩部分之一，以及第二端部，兩端部各自具有貼靠表面；還包括第二支撐構(gòu)件，此構(gòu)件具有第三端部，以及可安裝于兩部分之另一的第四端部，兩端部各自具有貼靠表面，第一和第二支撐構(gòu)件在靜置位置與過(guò)渡位置之間可移動(dòng)地工作，以致i)第一端部鄰近第三端部以致形成第一對(duì)鄰近端部而第二端部鄰近第四端部以致形成第二對(duì)鄰近端部，ii)第一端部對(duì)置于第四端部以致形成第一對(duì)對(duì)置端部而第二端部對(duì)置于第三端部以致形成第二對(duì)對(duì)置端部，此撐桿裝置還包括可張緊組件，后者包括第一和第二對(duì)鄰近端部附近的貼靠構(gòu)件，貼靠構(gòu)件由張緊構(gòu)件相互連接；由此，當(dāng)施加于第一對(duì)對(duì)置端部的載荷力i)張緊此裝置以致第一對(duì)對(duì)置端部的各自貼靠表面貼靠在各自貼靠構(gòu)件上，ii)壓縮此裝置以致第二對(duì)對(duì)置端部的各自貼靠表面貼靠在各自貼靠構(gòu)件上時(shí)，第一和第二支承件是分開(kāi)移動(dòng)的；張緊構(gòu)件在載荷力作用下是可以張緊的，以致交替地將第一和第二支撐構(gòu)件從靜置位置移動(dòng)到過(guò)渡位置。
本發(fā)明的其他多個(gè)目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將在閱讀參照附圖只借助于范例而作出的其最佳實(shí)施例的以下無(wú)限制的說(shuō)明之后變得更加顯然。


附圖中圖1是立面?zhèn)纫晥D，示出根據(jù)本發(fā)明第一說(shuō)明性實(shí)施例的撐桿裝置的內(nèi)部；圖2是沿著圖1中直線2所取的剖面視圖；圖3是沿著圖1中直線3所取的剖面視圖；圖4a是局部分解立面?zhèn)纫晥D，示出圖1撐桿裝置的支撐構(gòu)件；圖4b是局部分解立面?zhèn)纫晥D，示出圖1撐桿裝置的可張緊組件；圖4c是側(cè)視圖，示出承受拉伸載荷的圖4的撐桿裝置；圖4d是側(cè)視圖，示出承受壓縮載荷的圖4的撐桿裝置；圖5是示意圖，示出可以用在圖1撐桿裝置中的五種可能的能量消散系統(tǒng)；圖6是示意圖，示出可以用在圖1撐桿裝置中的消散機(jī)構(gòu)的各個(gè)遲滯反應(yīng)；圖7是示意圖，示出可以用在圖1撐桿裝置中的消散機(jī)構(gòu)的綜合遲滯反應(yīng)；圖8是簡(jiǎn)圖，示出屈服系統(tǒng)的典型遲滯反應(yīng)；圖9是簡(jiǎn)圖，示出自對(duì)中系統(tǒng)的典型遲滯反應(yīng)；
圖10a是示意圖，示出配備摩擦或屈服能量消散機(jī)構(gòu)的圖1的撐桿裝置，此時(shí)處在拉伸之下，而且處在拉伸力量大得足以克服張緊構(gòu)件的初始預(yù)張緊之前；圖10b是如圖10a中所示系統(tǒng)遲滯反應(yīng)的簡(jiǎn)圖；圖10c是示意圖，示出配備摩擦或屈服能量消散機(jī)構(gòu)的圖1的撐桿裝置，此時(shí)處在拉伸之下，而且此時(shí)拉伸力量大于為克服張緊構(gòu)件的初始預(yù)張緊所需的力量；圖10d是如圖10c中所示系統(tǒng)遲滯反應(yīng)的簡(jiǎn)圖；圖11a是示意圖，示出配備摩擦或屈服能量消散機(jī)構(gòu)的圖1的撐桿裝置，此時(shí)處在壓縮之下，并處在所施加的載荷大得足以克服張緊構(gòu)件的初始預(yù)張緊之前；圖11b是如圖11a中所示系統(tǒng)遲滯反應(yīng)的簡(jiǎn)圖；圖11c是示意圖，示出配備摩擦或屈服能量消散機(jī)構(gòu)的圖1的撐桿裝置不同部件的變形，此時(shí)處在壓縮之下，而且此時(shí)所施加的載荷大得足以克服張緊構(gòu)件的初始預(yù)張緊；圖11d是如圖11c中所示系統(tǒng)遲滯反應(yīng)的簡(jiǎn)圖；圖12a是示意圖，示出配備粘性或粘彈性能量消散機(jī)構(gòu)的圖1的撐桿裝置不同部件的變形，此時(shí)處在拉伸之下，并處在所施加的載荷大得足以克服張緊構(gòu)件的初始預(yù)張緊之前；圖12b是如圖12a中所示系統(tǒng)遲滯反應(yīng)的簡(jiǎn)圖；圖12c是示意圖，示出配備粘性或粘彈性能量消散機(jī)構(gòu)的圖1的撐桿裝置不同部件的變形，此時(shí)處在拉伸之下，而且此時(shí)所施加的載荷大得足以克服張緊構(gòu)件的初始預(yù)張緊；圖12d是如圖12c中所示系統(tǒng)遲滯反應(yīng)的簡(jiǎn)圖；圖13a是示意圖，示出配備粘性或粘彈性能量消散機(jī)構(gòu)的圖1的撐桿裝置不同部件的變形，此時(shí)處在壓縮之下，并處在所施加的載荷大得足以克服張緊構(gòu)件的初始預(yù)張緊之前；圖13b是如圖13a中所示系統(tǒng)遲滯反應(yīng)的簡(jiǎn)圖；圖13c是示意圖，示出配備粘性或粘彈性能量消散機(jī)構(gòu)的圖1的撐桿裝置不同部件的變形，此時(shí)處在壓縮之下，而且此時(shí)所施加的載荷大得足以克服張緊構(gòu)件的初始預(yù)張緊；
圖13d是如圖13c中所示系統(tǒng)遲滯反應(yīng)的簡(jiǎn)圖；圖14a是裝有圖1撐桿裝置的第一結(jié)構(gòu)立面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖14b是裝有圖1撐桿裝置的第二結(jié)構(gòu)立面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖14c是裝有圖1撐桿裝置的第三結(jié)構(gòu)立面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖14d是裝有圖1撐桿裝置的第四結(jié)構(gòu)立面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖14e是裝有圖1撐桿裝置的第五結(jié)構(gòu)立面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖14f是裝有圖1撐桿裝置的第六結(jié)構(gòu)立面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖14g是裝有圖1撐桿裝置的第七結(jié)構(gòu)立面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖14h是裝有圖1撐桿裝置的第八結(jié)構(gòu)立面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖14i是裝有圖1撐桿裝置的第九結(jié)構(gòu)立面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖14j是裝有圖1撐桿裝置的第十結(jié)構(gòu)立面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖15是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的撐桿裝置的立面?zhèn)纫晥D；圖16是圖15撐桿裝置的頂視圖；圖17是沿著圖15中直線17-17所取的剖面視圖；圖18是沿著圖16中直線18-18所取的剖面視圖；圖19是立面?zhèn)纫晥D，示出圖15撐桿裝置的第一支撐構(gòu)件；圖20是圖19第一支撐構(gòu)件的頂視圖；圖21是立面?zhèn)纫晥D，示出圖15撐桿裝置的第二支撐構(gòu)件；圖22是圖21第二支撐構(gòu)件的頂視圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的撐桿裝置的頂視圖；圖24是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的撐桿裝置的頂視圖；圖25是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的撐桿裝置的頂視圖；以及圖26是沿著圖25中直線26-26所取的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種撐桿裝置，用于消散施加于諸如梁件、柱、撐桿、墻壁、墻板等承受嚴(yán)酷、極端和/或重復(fù)載荷狀況的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的輸入能量。此撐桿裝置可安裝于結(jié)構(gòu)的一部分上以限制或抵制兩部分之間的相對(duì)移動(dòng)。在這樣做的時(shí)候，此撐桿裝置一般在當(dāng)輸入能量改變或停止被施加于結(jié)構(gòu)時(shí)可保持最小的殘余變形、可消散能量并包括自對(duì)中能力。一般輸入能量與由風(fēng)、地震、有時(shí)強(qiáng)加在結(jié)構(gòu)或建筑系統(tǒng)上的撞擊或爆炸造成的異常載荷有關(guān)。
如圖1實(shí)施例中所示，裝置30一般包括第一支撐構(gòu)件32、第二支撐構(gòu)件34、可張緊組件36、能量消散系統(tǒng)38和導(dǎo)引構(gòu)件39。第二支撐構(gòu)件34可以看作裝置30的固定構(gòu)件而第一支撐構(gòu)件32可以看作裝置30的可動(dòng)構(gòu)件。當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員將會(huì)理解，構(gòu)件32與34之間的移動(dòng)是相對(duì)的。
支撐構(gòu)件32和34，示于圖1至3中并更為詳細(xì)地示于圖4a中，包括端部40a、40b、40c、40d，都配有各自的貼靠表面42a、42b、42c、42d，這些表面構(gòu)造得和尺寸定得以便貼靠于可張緊組件36。支撐構(gòu)件32和34還包括孔眼45，為裝設(shè)能量消散系統(tǒng)38和為運(yùn)作后檢查裝置30提供空間需求，這在此后將進(jìn)一步予以說(shuō)明。
為清晰起見(jiàn)，支撐構(gòu)件32和34的不同端部40a、40b、40c、40d也將在以下說(shuō)明中稱作裝置30的“各對(duì)端部”。更為具體地說(shuō)，端部40c附近的端部40a形成第一對(duì)鄰近端部而端部40d附近的端部40b形成第二對(duì)鄰近端部。同樣，對(duì)置于端部40d的端部40a形成第一對(duì)對(duì)置端部而對(duì)置于端部40c的端部40b形成第二對(duì)對(duì)置端部。
在圖1至4d的實(shí)施例中，端部40a、40d(第一對(duì)對(duì)置端部)還配有端部接頭44a、44d，適配得用于將裝置30安裝在承受輸入能量的外部結(jié)構(gòu)(未示出)上。端部接頭44a、44d是固定地裝接于支撐構(gòu)件32和34的板件或任何其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件(焊接，螺栓連接或接合而成的組件)。端部接頭44a、44d構(gòu)造得和尺寸定得以便接受載荷力和以便將其傳送給裝置30。任由選擇地，端部接頭44a、44d還設(shè)計(jì)得在一定載荷力水平下屈服以保護(hù)裝置30的完整性。
支撐構(gòu)件32和34，一般是平行的沿縱向延伸的和在承受一定水平的載荷力時(shí)彼此相對(duì)獨(dú)立可動(dòng)的。在此實(shí)施例中，第一支撐構(gòu)件32是管狀構(gòu)件，位于第二支撐構(gòu)件34內(nèi)部并一般與之同心。
如圖1至3中和圖4b中更為詳細(xì)地所示，可張緊組件36包括四個(gè)可調(diào)張緊構(gòu)件46(圖4b中只繪出兩個(gè))，以及由張緊構(gòu)件46相互連接的兩個(gè)貼靠構(gòu)件48a、48b。張緊構(gòu)件46一般是可預(yù)張緊的鋼筋束、鋼纜或直桿，經(jīng)由多種緊固組件諸如螺帽49，能夠向張緊構(gòu)件46提供可調(diào)張力的各種夾緊或裝接裝置，安裝于貼靠構(gòu)件48a、48b。
張緊構(gòu)件46一般相對(duì)于貼靠構(gòu)件48a、48b對(duì)稱地定位以便保證在可張緊組件36內(nèi)較好的載荷分配。張緊構(gòu)件46的數(shù)量、其彈性模量、其最終伸長(zhǎng)能力、其總面積和其長(zhǎng)度都選定得可達(dá)到裝置30所需的強(qiáng)度、后彈性挺度、變形能力以及自對(duì)中能力。
張緊構(gòu)件46能夠在施加于裝置30的載荷力作用下變形，以致允許產(chǎn)生由兩個(gè)支撐構(gòu)件32與34之間相對(duì)移動(dòng)造成的裝置30的所定目標(biāo)伸長(zhǎng)，如此后將進(jìn)一步所述。這種變形一般首先出現(xiàn)而不帶屈服并具有張緊構(gòu)件46中預(yù)張力的最小損失。
張緊構(gòu)件46中預(yù)張力的水平一般范圍從完全沒(méi)有預(yù)張力到某一分?jǐn)?shù)，典型地在張緊構(gòu)件46最大允許變形的20％和60％。預(yù)張緊的水平?jīng)Q定了支撐構(gòu)件32與34之間開(kāi)始相對(duì)移動(dòng)所處的力量水平，決定了能量消散機(jī)構(gòu)38中能量消散的起始，以及決定了范圍從初始彈性挺度到后彈性挺度的張緊構(gòu)件46挺度方面的變化。預(yù)張力水平還形成了裝置30的重新對(duì)中能力，如此后進(jìn)一步予以解釋。如果預(yù)張力水平不足以克服為起動(dòng)能量消散機(jī)構(gòu)38所需的力量，裝置一般不會(huì)顯示完全的重新對(duì)中能力，但張緊構(gòu)件46一般可向裝置30提供附加的后彈性挺度。
貼靠構(gòu)件48a、48b是板件或任何其他適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)件，位于第一和第二對(duì)鄰近端部40a、40c和40b、40d附近。貼靠構(gòu)件48a、48b構(gòu)造得和尺寸定得致使當(dāng)支撐構(gòu)件32和34在載荷力作用下正在彼此相對(duì)移動(dòng)時(shí)可以與端部40a、40b、40c、40d的貼靠表面42a、42b、42c、42d配合工作，此后這將進(jìn)一步予以說(shuō)明。
在圖1和4b的說(shuō)明性實(shí)施例中，貼靠構(gòu)件48a包括穿之而過(guò)的一條通道(未示出)而端部接頭44a以滑動(dòng)方式被裝放到它里面。另一貼靠構(gòu)件48b以滑動(dòng)方式被裝放在端部接頭44d以內(nèi)。
轉(zhuǎn)回到圖1和3，導(dǎo)引構(gòu)件39示為狀為板件、塊體或其他適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)件，設(shè)置在支撐構(gòu)件32與34之間以允許、導(dǎo)引或造成支撐構(gòu)件32和34的相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)仍然保持它們的相對(duì)對(duì)中。導(dǎo)引構(gòu)件39也可以用以沿著支撐構(gòu)件32和34的長(zhǎng)度連接或安裝可張緊組件36，以增強(qiáng)構(gòu)件32和34的屈曲能力。導(dǎo)引構(gòu)件39還可包括吸收性物質(zhì)，諸如橡膠、特氟隆或彈性材料，用以緩和支撐構(gòu)件32與34之間的沖擊。
能量消散系統(tǒng)30示意性地圖示在圖1至5和10a至13d中，包括摩擦50、屈服52、粘性54和/或粘彈性56各種機(jī)構(gòu)或其他諸如形狀記憶合金57這樣的各種部件，當(dāng)支撐構(gòu)件32與34之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)它們被起用或被涉及以消散能量。這些機(jī)構(gòu)可以單獨(dú)或組合起來(lái)使用，以致能量消散系統(tǒng)38的特性可以調(diào)定以獲得在特定的多個(gè)類型的載荷力作用下任何所需的反應(yīng)。能量消散系統(tǒng)38一般選擇得可在嚴(yán)酷載荷下蒙受最小的損壞，并且/或者是可容易更換的。其次，能量消散系統(tǒng)38一般設(shè)計(jì)得允許在裝置30內(nèi)部快速檢查并進(jìn)行更換，具有任何極端載荷情況之后最短的紛亂時(shí)間。
示于圖1和2中的摩擦機(jī)構(gòu)50各自包括兩個(gè)支承件60a、60b、兩個(gè)摩擦界面62a、62b和一個(gè)延伸件64。在此說(shuō)明性實(shí)施例中，支承件60a、60b固定地安裝在支撐構(gòu)件34上，并且各自包括槽孔66。延伸件64固定地安裝在支撐構(gòu)件32上并伸向支承件60a、60b，以致穿過(guò)延伸件64固定地安裝的緊固件68嚙合槽孔66以將摩擦機(jī)構(gòu)50保持在夾緊裝置中。
摩擦界面62a、62b位于支承件60a、60b之間的夾緊配置中而延伸件64構(gòu)造得和尺寸定得以致可在兩個(gè)支撐構(gòu)件32與34之間形成摩擦。取決于在摩擦機(jī)構(gòu)50中何處出現(xiàn)摩擦滑動(dòng)，摩擦界面62a和62b可以或可以不包括對(duì)應(yīng)于支承件60a、60b的槽孔66的槽孔。
夾緊配置可保證當(dāng)支撐構(gòu)件32與34之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)法向力量生成摩擦界面62a、62b之間的摩擦。在圖1和2的說(shuō)明性實(shí)施例中，槽孔66和緊固件68以滑動(dòng)配置方式安裝得首先允許支撐構(gòu)件32與34之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)?；瑒?dòng)配置提供了裝接于緊固件68的延伸件64的受限移動(dòng)能力，此構(gòu)件由槽孔66沿著支撐構(gòu)件32和34的移動(dòng)方向予以導(dǎo)引。
任由選擇地，如果支承件60a、60b和延伸件64表現(xiàn)出所需的摩擦特性，則摩擦界面62a、62b可以從摩擦機(jī)構(gòu)50中去除。在此情況下，摩擦是通過(guò)直接將支承件60a、60b與延伸件64夾緊在一起而獲得的。另外任由選擇地是，槽孔66可以直接設(shè)置在延伸件64上。
摩擦機(jī)構(gòu)50一般在動(dòng)力載荷下顯示出穩(wěn)定的遲滯特性，在初始和長(zhǎng)期摩擦性質(zhì)方面的不確定性最小。專用的非金屬摩擦界面(未示出)，或者經(jīng)過(guò)處理的金屬表面(未示出)也可以用以為摩擦消散機(jī)構(gòu)提供特定的遲滯特性。
屈服機(jī)構(gòu)52示意性地示于圖5中，還可以用作部分能量消散系統(tǒng)38以當(dāng)兩個(gè)支撐構(gòu)件32和34正在相對(duì)移動(dòng)時(shí)提供能量消散能力。屈服機(jī)構(gòu)52包括插裝在兩個(gè)可動(dòng)的支撐構(gòu)件32與34之間的金屬構(gòu)件(未示出)。金屬構(gòu)件(未示出)一般選定得可在軸向、剪切或撓曲變形或其組合下屈服。
粘性機(jī)構(gòu)54和粘彈機(jī)構(gòu)56，示意性地示于圖5中，也還可以用作部分能量消散系統(tǒng)38以當(dāng)兩個(gè)支撐構(gòu)件32和34正在相對(duì)移動(dòng)時(shí)提供能量消散能力。粘性機(jī)構(gòu)54包括插裝在兩個(gè)可動(dòng)的支撐構(gòu)件32與34之間的裝放粘性流體(未示出)的粘性裝置(未示出)。粘性機(jī)構(gòu)54包括粘彈性材料(未示出)，連接于插裝于兩個(gè)可動(dòng)的支撐構(gòu)件32與34之間的板件。
一個(gè)以上的上面提及的機(jī)構(gòu)50、52、54、56、57的各種組合然后可以用以優(yōu)化和豐富裝置30的遲滯特性。在附加可張緊組件36的情況下，裝置30因此能夠表現(xiàn)“旗幟形遲滯(Flag-shaped Hysteresis)”特性，這樣將能量消散和自對(duì)中兩種能力結(jié)合起來(lái)。
圖6表明摩擦、屈服、粘性(在高速和低速下)和粘彈性(在高速和低速下)機(jī)構(gòu)在其力量/變形特性方面的各自貢獻(xiàn)。圖7圖示這些機(jī)構(gòu)的多個(gè)組合。
即使只有兩種不同的消散器件示于圖7中，但也可以采用同一類型的兩個(gè)以上消散系統(tǒng)的組合，或者兩種以上消散機(jī)構(gòu)的多個(gè)組合。也可存在其他多個(gè)組合，諸如，三種不同的消散系統(tǒng)，或者一個(gè)以上同一類型的能量消散機(jī)構(gòu)用在與另一不同能量消散機(jī)構(gòu)的組合中。裝置30的整體遲滯反應(yīng)一般是通過(guò)將來(lái)自在此所述的多種組成部分的貢獻(xiàn)相加而獲得的。
圖8表明典型線彈性系統(tǒng)的力量位移曲線而圖9圖示典型自對(duì)中系統(tǒng)，兩種系統(tǒng)代表等同初始挺度和質(zhì)量的屈服結(jié)構(gòu)。在這幾幅圖中，陰影面積代表每經(jīng)過(guò)一次遲滯屈服循環(huán)所消散的能量，一般關(guān)聯(lián)于載荷作用下結(jié)構(gòu)的構(gòu)造損傷并可顯著地?fù)p害結(jié)構(gòu)和提高其修復(fù)成本。裝置30中包括的自對(duì)中能力提供了在反應(yīng)和殘余變形方面經(jīng)過(guò)優(yōu)化(以簡(jiǎn)圖方式示于圖9中)的遲滯特性。
運(yùn)作中的裝置30示于圖4c和4d中并示意性地表明在圖10a至13d中。這些圖表明，在施加于裝置30安裝所在的結(jié)構(gòu)的輸入能量作為載荷力(諸如壓縮或拉伸力量)被傳遞給裝置時(shí)撐桿裝置30的特性。如此前所述，撐桿裝置30可以經(jīng)由第一對(duì)對(duì)置端部40a、40d的端部接頭44a、44d安裝于這種結(jié)構(gòu)。裝置30因此能夠接受載荷力，以致其形態(tài)從靜置位置(圖1)改變到過(guò)渡位置，在此處，輸入能量由于兩個(gè)結(jié)構(gòu)上的支撐構(gòu)件32與34之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而得以消散(圖4c，4d)。
如圖4c中所示，當(dāng)處在一定水平的拉伸載荷力下時(shí)，撐桿裝置30保證支撐構(gòu)件32和34的相對(duì)移動(dòng)。首先張緊構(gòu)件46的預(yù)張緊必須予以克服，這在隨后造成張緊構(gòu)件46的伸長(zhǎng)和支撐構(gòu)件32與34之間相對(duì)移動(dòng)的開(kāi)始。在此過(guò)程中，張緊構(gòu)件46進(jìn)一步被拉伸，這是由于貼靠表面42a推壓在貼靠構(gòu)件48a上并由于貼靠表面42d推壓在貼靠構(gòu)件48b上。當(dāng)處在壓縮力量下時(shí)，如圖4d中所示，可張緊組件36的張緊構(gòu)件46在此過(guò)程中也進(jìn)一步被拉伸，這是由于貼靠表面42c推壓在貼靠構(gòu)件48a上并由于貼靠表面42b推壓在貼靠構(gòu)件48b上。
通過(guò)伸長(zhǎng)，附加的拉伸力量逐漸積累在張緊構(gòu)件46中，以致形成撐桿裝置30的自對(duì)中特性。例如，如果載荷力量要在那時(shí)中止，則裝置30一般由張緊構(gòu)件46中發(fā)生的附加拉伸力量帶回其靜置位置(見(jiàn)圖1)。如前所述，如果預(yù)拉力的水平不足以克服為起動(dòng)能量消散機(jī)構(gòu)38所需的力量，則裝置一般不會(huì)顯示完全的重新對(duì)中能力，但張緊構(gòu)件46一般可向裝置30提供附加后彈性挺度。
一旦支撐構(gòu)件32與34之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在載荷力作用下開(kāi)始發(fā)生，能量消散系統(tǒng)38(只是示于圖4c，4d中的摩擦機(jī)構(gòu)50)就被起動(dòng)，反向于支撐構(gòu)件32與34的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如，當(dāng)如圖4c中那樣拉伸施加于裝置30時(shí)，并且一旦張緊構(gòu)件46的初始力量和阻力被克服，裝置30就伸長(zhǎng)而同時(shí)能量經(jīng)由消散系統(tǒng)38被消散。如前述，圖4c的說(shuō)明性實(shí)施例表明，與槽孔66形成滑動(dòng)配置的緊固件68一般沿著支撐構(gòu)件32和34的相對(duì)移動(dòng)方向移動(dòng)。
此時(shí)，取決于相對(duì)于所選定能量消散系統(tǒng)38的組合的阻力和結(jié)構(gòu)而選定的張緊構(gòu)件46，發(fā)生在進(jìn)一步伸展的張緊構(gòu)件46中的附加拉伸力量一般為裝置30提供了當(dāng)載荷力中止或從拉伸改變到壓縮時(shí)返回其初始位置(圖1)的能力。
裝置30在運(yùn)作中的遲滯特性的另一實(shí)例示意性地表明在圖10a至13d中。更為具體地說(shuō)，圖10a至11d表明撐桿裝置30的遲滯特性，此種撐桿裝置承受拉伸和壓縮并配備摩擦機(jī)構(gòu)50或屈服機(jī)構(gòu)52。在圖12a至13d中表明撐桿裝置30的遲滯特性，承受拉伸和壓縮并配備取決于速度的粘性機(jī)構(gòu)54或粘彈機(jī)構(gòu)56。
在所有這些圖中，裝置30在載荷力F作用下的伸長(zhǎng)表達(dá)為δ，而δ’表明裝于兩個(gè)支撐構(gòu)件32和34的機(jī)構(gòu)50、52、54、56中的變形。在圖12a至13d中，圖示了低速和高速兩種反應(yīng)，由于這種能量消散系統(tǒng)顯示出取決于速度的遲滯現(xiàn)象。高速反應(yīng)一般指望出現(xiàn)在極端載荷期間，而低速反應(yīng)(一般形成自對(duì)中特性)表征所指望的極端載荷后的反應(yīng)。
為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在承受載荷力的撐桿裝置30運(yùn)作期間所涉及的相對(duì)移動(dòng)將只參照?qǐng)D10a至11d予以進(jìn)一步說(shuō)明，但同樣的原理適合于此前所述其他不同能量消散系統(tǒng)的各種組合(見(jiàn)圖12a至13d)。
圖10a示意性地表明撐桿裝置30，此撐桿裝置配備裝于支撐構(gòu)件32和34的摩擦機(jī)構(gòu)50或屈服機(jī)構(gòu)52并承受拉伸載荷力，但是在所施加的拉伸載荷力大得足以克服張緊構(gòu)件46的初始預(yù)張緊之前。
高至一定的水平時(shí)，力量F拉伸所述裝置30，以致張緊構(gòu)件46和消散機(jī)構(gòu)50、52反向于支撐構(gòu)件32和34的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在此階段上，裝置30一般開(kāi)始線性變形，如圖10b中示意性地表明那樣。
如果載荷力F達(dá)到大于為克服張緊構(gòu)件46初始預(yù)張緊所需力量的一定水平，力量F則達(dá)到拉伸分離水平(圖10b和10d中的70)。此時(shí)，構(gòu)件32和34開(kāi)始在相反兩方向移動(dòng)距離δ，如圖10c中示意性地表明那樣。挺度此時(shí)從彈性改變到后彈性挺度。裝于兩個(gè)構(gòu)件32和34的張緊構(gòu)件46因此伸長(zhǎng)大體上同樣的位移大小并可在這種載荷下變形。消散機(jī)構(gòu)50、52一般也變形達(dá)到位移δ’。
一旦載荷力如它通常在振蕩式地震載荷中那樣改變方向，示于圖11a中的相反壓縮力F將支撐構(gòu)件32和34朝向它們的原來(lái)位置移動(dòng)，這一般對(duì)應(yīng)于相反且相等的位移δ。在此階段，兩個(gè)支撐構(gòu)件32和34一般是對(duì)齊的而消散機(jī)構(gòu)50、52一般被置回其初始形態(tài)。如果在拉伸載荷F后沒(méi)有形成任何壓縮力量F，則積累在張緊構(gòu)件46中的附加拉伸力量一般會(huì)將支撐構(gòu)件32和34重新定位于示于圖11a中所示的狀態(tài)。如此前所述，這種現(xiàn)象可以由張緊構(gòu)件46的預(yù)張緊過(guò)和另外伸展過(guò)的狀況予以解釋。
如圖11b中所見(jiàn)，消散機(jī)構(gòu)50、52的相應(yīng)遲滯反應(yīng)通過(guò)一般經(jīng)過(guò)圖中力一位移零點(diǎn)附近而從力F的拉伸一側(cè)移向力F的壓縮一側(cè)。在沒(méi)有形成壓縮力F的情況下，張緊構(gòu)件46的附加拉伸力量使系統(tǒng)返回靜置位置，大體上對(duì)應(yīng)于圖中的力—位移零點(diǎn)。
當(dāng)相反力量F達(dá)到為克服張緊構(gòu)件46初始預(yù)張緊所需的壓縮分離水平72時(shí)，如圖11d中表明，消散機(jī)構(gòu)50、52和張緊構(gòu)件46被克服，以致支撐構(gòu)件32和34開(kāi)始在相反兩方向上移動(dòng)距離δ。消散機(jī)構(gòu)50、52然后大體上變形達(dá)到相應(yīng)的位移δ’。
一般說(shuō)來(lái)，只要加在裝置30上的變形依舊處在裝置30已經(jīng)為之定出尺寸的最大變形以內(nèi)，此前所述裝置30各種組成部分的相對(duì)移動(dòng)就可以交替。如下文在其他多個(gè)實(shí)施例中所述，支撐構(gòu)件32和34可以包括特別設(shè)計(jì)的端部接頭44a和44d，或者一般串聯(lián)安裝于裝置30的附加結(jié)構(gòu)構(gòu)件，它可以設(shè)計(jì)得在達(dá)到張緊構(gòu)件46的最終變形能力之前屈服或帶有摩擦地滑動(dòng)，并因而使得在由高于預(yù)期的能量輸入水平造成始料不及的較大變形的情況下張緊構(gòu)件46失效的可能性達(dá)到最小，以及因而保護(hù)了裝置30的完整性。
支撐構(gòu)件32和34一般是由通常用于剛性結(jié)構(gòu)或建筑施工的任何材料制成的，諸如鋼材、鋁材或纖維增強(qiáng)聚合物(FRP)。構(gòu)件32和34的材料一般選擇得可防止或盡量少地出現(xiàn)屈曲或屈服，并從而顯著地減少對(duì)于構(gòu)件32和34安裝所在的結(jié)構(gòu)多個(gè)部分的損壞。張緊構(gòu)件46還可進(jìn)一步由多種類型的材料制成，諸如由鋼筋束、板條或纜繩制成，這些材料可以，但不限于，由高強(qiáng)度鋼筋束、圓桿、板條制作而成，或由復(fù)合FRP鋼筋束或板條(包括例如芳族聚酰胺、碳料、玻璃等類似物在內(nèi))制作而成。張緊構(gòu)件46另外可以配有UV層或防火層。
在此已經(jīng)說(shuō)明的裝置30因此可以通過(guò)安裝于、連接于或整合于多種類型的結(jié)構(gòu)74中而予以采用，諸如在多層結(jié)構(gòu)、建筑物、塔臺(tái)、橋梁、海上平臺(tái)、儲(chǔ)罐等中；某些示于圖14a至14j中。
裝置30還可以用于新的建造物，它們是采用傳統(tǒng)的側(cè)向載荷阻抗系統(tǒng)(通常的加撐框架，阻抗力矩的框架，抗剪切墻，等等)或者采用不呈現(xiàn)出自對(duì)中特性的外加阻尼器而建成的。結(jié)構(gòu)還可以是采用裝置30建成以加強(qiáng)其抗震性能水平，這種結(jié)構(gòu)包括例如機(jī)器部件、建筑物、橋梁、塔臺(tái)、海上航行結(jié)構(gòu)、橋梁或其他應(yīng)用結(jié)構(gòu)(塔臺(tái)、煙囪)。這些結(jié)構(gòu)可以承受任何類型的載荷，包括聲浪、地震、爆炸、沖擊波和巨風(fēng)載荷。
裝置30另外還可以與現(xiàn)有的需要予以加強(qiáng)或予以恢復(fù)以符合更近期的(一般比較嚴(yán)厲的)抗震規(guī)范條款或較高的性能準(zhǔn)則的建造物一起使用。這些結(jié)構(gòu)的恢復(fù)可通過(guò)采用針對(duì)嚴(yán)酷或極端地震或巨風(fēng)載荷情況下的增強(qiáng)反應(yīng)的所建議裝置30來(lái)予以完成。裝置30另外還可以用在需要防護(hù)極端爆炸載荷的重要結(jié)構(gòu)中。其次，裝置30還可以用在其他多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合中，諸如在機(jī)械工程中用于承受沖擊的車輛，可能經(jīng)受過(guò)載或預(yù)料不到的載荷狀況的設(shè)備或機(jī)器，等等。
裝置30一般作為支撐構(gòu)件在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)處傾斜地、鉛直地或水平地，或一般平行于可能需要控制的結(jié)構(gòu)之內(nèi)的任何移動(dòng)地，裝設(shè)在結(jié)構(gòu)中框架組件之間。
裝置30的制作，其內(nèi)部接頭和其對(duì)于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的接頭一般涉及多個(gè)可以由正規(guī)施工工人作出的各個(gè)步驟。裝置30一般是完全自容納的。一旦在制造工廠中組裝而成，裝置30然后一般易于像傳統(tǒng)的支撐構(gòu)件通過(guò)將端部接頭(圖4a中的44a，44d)螺栓連接或焊接于需要支撐的主要結(jié)構(gòu)那樣以類似的方式裝接于或安裝于結(jié)構(gòu)。
裝置一般包括檢查設(shè)施，諸如狀為支撐構(gòu)件上的孔眼(未示出)，以備檢查在極端或重復(fù)載荷狀況下經(jīng)受變形和消散輸入能量的能量消散機(jī)構(gòu)。如果需要，能量消散機(jī)構(gòu)是可以在極端載荷事件之后經(jīng)由檢查設(shè)施予以更換的。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員也會(huì)容易理解，張緊構(gòu)件的數(shù)量和物理特性可以改變，以及支撐構(gòu)件的尺寸、形狀和數(shù)量也可以改變。例如，支撐構(gòu)件可以由圓的、方的或矩形的鋼管或其任何多個(gè)組合制成?？梢圆捎闷渌螤?，諸如互聯(lián)板件、I形、C形，等等。其次，可以采用其他形態(tài)或其他類型的能量消散系統(tǒng)。更為具體地說(shuō)，所述的摩擦機(jī)構(gòu)可以位于單獨(dú)一個(gè)地方或者兩個(gè)或更多的地方，處于沿著撐桿裝置長(zhǎng)度的任一位置處。
根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的撐桿裝置130圖示于圖15至22中。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，只是撐桿裝置130與圖示于圖1至14j中的撐桿裝置30的差別將在以下予以說(shuō)明。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，端部接頭44a，44d將不表明在圖15至22上。
在此第二實(shí)施例中，撐桿裝置130包括第一支撐構(gòu)件132、第二支撐構(gòu)件134、可張緊組件136和能量消散系統(tǒng)138。
能量消散系統(tǒng)138包括兩個(gè)設(shè)置在端部140a、140b、140c、140d附近的摩擦機(jī)構(gòu)150a、150b。這些摩擦機(jī)構(gòu)150a、150b各自包括裝在第二支撐構(gòu)件134上的支承件160a、160b、160c、160d和裝在第一支撐構(gòu)件132上的延伸件164a、164b。在此實(shí)施例中，支承件160c、160d和延伸件164a另外起到各端部接頭的作用，用于將裝置130安裝在外部結(jié)構(gòu)上并將載荷力傳遞給裝置130。
延伸件164a、164b各自包括槽孔166a、166b、166c、166d，其中容放緊固件168，以致將延伸件164a、164b與支承件160a、160b、160c、160d夾緊在一起。槽孔166a、166b、166c、166d和緊固件168以滑動(dòng)配置方式安裝以允許支撐構(gòu)件132、134之間受限的摩擦作用下的相對(duì)移動(dòng)。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)容易理解，示于此實(shí)施例中的能量消散機(jī)構(gòu)可以由另一此前提出的能量消散機(jī)構(gòu)，諸如屈服、粘性、粘彈性，或遲滯機(jī)構(gòu)予以替換。
根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的撐桿裝置230示于圖23中。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，只是撐桿裝置230與示于圖1至14j中的撐桿裝置30之間的差別將在以下予以說(shuō)明。
在此說(shuō)明性實(shí)施例中，撐桿裝置230包括內(nèi)支撐構(gòu)件232，以及位于內(nèi)支撐構(gòu)件232的每一側(cè)的兩個(gè)外支撐構(gòu)件234、235；可張緊組件236；能量消散系統(tǒng)238；以及導(dǎo)引構(gòu)件239。
內(nèi)和外支撐構(gòu)件232、234、235具有配有各自貼靠表面242a、242b、242c、242d、242e、242f的端部240a、240b、240c、240d、240e、240f。端部240a、240b和240f還配有端部接頭244a、244d和244f，它們?cè)诖藢?shí)施例中包括帶螺紋的部分245a、245d、245f。
可張緊組件236包括由張緊構(gòu)件246相互聯(lián)接的貼靠構(gòu)件248a、248b。貼靠構(gòu)件248a、248b處在端部240a、240b、240c、240d、240e、240f附近而張緊構(gòu)件246相對(duì)于內(nèi)和外構(gòu)件232、234、235對(duì)稱地設(shè)置，以致利于可張緊組件236中載荷力大體上均勻分布和允許在運(yùn)作中裝置230大體上均勻變形。在此實(shí)施例中，張緊構(gòu)件246設(shè)置在外構(gòu)件234、235以外。
能量消散系統(tǒng)238包括兩個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)250，各自固定地安裝于內(nèi)支撐構(gòu)件232，并伸展開(kāi)去與外支撐構(gòu)件234、235形成摩擦連接。
導(dǎo)引構(gòu)件239固定地安裝于每一張緊構(gòu)件248a、248b并以導(dǎo)引配合方式與支撐構(gòu)件232、234、235的不配有端部接頭244a、244d、244f的端部240b、240c、240e裝在一起。導(dǎo)引構(gòu)件239一般可滑動(dòng)地限制和導(dǎo)引支撐構(gòu)件232、234、235的相對(duì)移動(dòng)。任由選擇地，導(dǎo)引構(gòu)件239可以裝在支撐構(gòu)件232、234和235的外側(cè)。
撐桿裝置230以類似于第一實(shí)施例所述的方式工作。不過(guò)，施加于外支撐構(gòu)件234、235的載荷力是施加于內(nèi)支撐構(gòu)件232的力量的一半，但裝置30的有效伸長(zhǎng)是一樣的，由于兩個(gè)外支撐構(gòu)件234、235參與裝置230的伸長(zhǎng)。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將容易理解，此實(shí)施例中所示和所述的能量消散機(jī)構(gòu)可以由另一前述的能量消散機(jī)構(gòu)予以代替，諸如屈服、粘性、粘彈性或遲滯機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的撐桿裝置330示于圖24中。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，只是撐桿裝置330與示于圖23中的撐桿裝置230之間的差別將在下面予以說(shuō)明。
在此實(shí)施例中，可張緊組件336的張緊構(gòu)件346位于外支撐構(gòu)件334、335里面內(nèi)支撐構(gòu)件332的內(nèi)側(cè)。任由選擇地，張緊構(gòu)件346可以位于外支撐構(gòu)件334、335的內(nèi)側(cè)。
本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員將容易理解，示于此實(shí)施例中的能量消散機(jī)構(gòu)可以由另一前述的能量消散機(jī)構(gòu)予以代替，諸如屈服、粘性、粘彈性或遲滯機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的撐桿裝置430示于圖25和26中。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，只是撐桿裝置430與示于圖1至14j中的撐桿裝置30和示于圖15至22中的撐桿裝置130兩者之間的差別將在下面予以說(shuō)明。
撐桿裝置430在裝接部分431a安裝于外部結(jié)構(gòu)431。撐桿裝置430包括第一支撐構(gòu)件432、第二支撐構(gòu)件434、可張緊組件436、熔斷裝置437和能量消散系統(tǒng)438。
能量消散系統(tǒng)438包括摩擦機(jī)構(gòu)450，它包括延伸件464，帶有從裝置430伸出的端頭部分465，以致可以安裝于裝接部分431a并借此接受和傳遞載荷力給裝置430。在此實(shí)施例中，端頭部分465包括四個(gè)槽孔467a、467b、467c、467d，構(gòu)造得和尺寸定得可與熔斷裝置437配合工作。
熔斷裝置437包括滑動(dòng)構(gòu)件469，配有多個(gè)緊固件471。滑動(dòng)構(gòu)件469包括連接器473，設(shè)計(jì)得和尺寸定得以致可與裝接部分431a配合工作。
緊固件471以滑動(dòng)配置方式與槽孔467a、467b、467c、467d安裝在一起以允許裝置430與裝接部分431a之間受限的和在摩擦作用下的相對(duì)移動(dòng)，這通常在某一預(yù)定的載荷下出現(xiàn)。
例如，滑動(dòng)構(gòu)件469相對(duì)于端頭部分465的滑動(dòng)載荷可以調(diào)節(jié)以出現(xiàn)在某一對(duì)應(yīng)于裝置430可以接受的最大變形值的數(shù)值下，以致一旦滑動(dòng)構(gòu)件469的滑動(dòng)出現(xiàn)，裝置430中的任何附加變形就會(huì)出現(xiàn)在滑動(dòng)構(gòu)件469與端頭部分465之間。此時(shí)，沒(méi)有任何附加變形加在張緊構(gòu)件446上面。
為了另外使得變形出現(xiàn)在滑動(dòng)構(gòu)件469與端頭部分465之間，同時(shí)將裝置430超載和損壞的概率減至最小，能量消散系統(tǒng)438的變形能力可以限于某一預(yù)定數(shù)值來(lái)防止支撐構(gòu)件432與434之間發(fā)生進(jìn)一步的相對(duì)移動(dòng)。
例如，對(duì)于示于此實(shí)施例中的摩擦機(jī)構(gòu)450來(lái)說(shuō)，槽孔466a、466b的長(zhǎng)度是可以調(diào)節(jié)的，以致當(dāng)裝置430中達(dá)到可以接受的變形數(shù)值時(shí)，摩擦機(jī)構(gòu)450的緊固件468開(kāi)始?jí)嚎吭诓劭?66a、466b上，從而對(duì)抗裝置430中并隨之張緊構(gòu)件446中的任何更大的相對(duì)變形。此時(shí)通常是，如此前所述，任何附加變形出現(xiàn)在滑動(dòng)構(gòu)件469與端頭部分465之間。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解，此實(shí)施例中所述的熔斷裝置437也可以通過(guò)由另一能量消散機(jī)構(gòu)或其他多個(gè)阻隔裝置(諸如屈服機(jī)構(gòu))來(lái)代換摩擦機(jī)構(gòu)而在過(guò)分變形需求的情況下保護(hù)裝置來(lái)予以采用。其次，此實(shí)施例中所述的熔斷裝置另外可以與任何前述實(shí)施例一起使用，而且槽孔的數(shù)量、緊固件和連接器的類型和數(shù)量可以按照撐桿裝置的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求予以改變。
雖然本發(fā)明以上已經(jīng)借助于其最佳實(shí)施例予以說(shuō)明，但它在不偏離所附權(quán)利要求中所確定的本發(fā)明的精神和本質(zhì)的情況下是可以修改的。
權(quán)利要求
1.一種撐桿裝置，將要安裝在承受載荷力的結(jié)構(gòu)的兩部分之間以限制因載荷力所致的位移，所述撐桿裝置包括固定部分，具有將要安裝于結(jié)構(gòu)一部分的第一端部；所述第一端部形成第一貼靠表面而第二端形成第二貼靠表面；可動(dòng)部分，具有將要安裝于結(jié)構(gòu)一部分的第一端部；所述第一端部形成第一貼靠表面而第二端形成第二貼靠表面；可張緊組件，將所述可動(dòng)部分安裝于所述固定部分以致a)所述可動(dòng)部分第一貼靠表面在固定部分第二貼靠表面附近，以及b)所述固定部分第一貼靠表面在可動(dòng)部分第二貼靠表面附近；所述可張緊組件包括固定部分第一端部附近的第一貼靠構(gòu)件和可動(dòng)部分第一端部附近的第二貼靠構(gòu)件；所述第一貼靠構(gòu)件和第二貼靠構(gòu)件由可調(diào)張緊構(gòu)件相互連接；其中i)當(dāng)載荷力移動(dòng)可動(dòng)部分離開(kāi)固定部分時(shí)，所述第一貼靠構(gòu)件貼靠固定部分第一貼靠表面和所述第二貼靠構(gòu)件貼靠可動(dòng)部分第一貼靠表面，以借此限制可動(dòng)部分離開(kāi)固定部分的位移，以及ii)當(dāng)載荷力推動(dòng)可動(dòng)部分朝向固定部分時(shí)，所述第一貼靠構(gòu)件貼靠可動(dòng)部分第二貼靠表面和所述第二貼靠構(gòu)件貼靠固定構(gòu)件第二貼靠表面，以借此限制可動(dòng)部分朝向固定部分的移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的撐桿裝置，其中所述張緊構(gòu)件是預(yù)張緊的。
3.如權(quán)利要求2所述的撐桿裝置，其中張緊構(gòu)件是在范圍從所述張緊構(gòu)件的最大允許變形的60％到對(duì)應(yīng)于無(wú)預(yù)張緊的數(shù)值的預(yù)張緊水平予以預(yù)張緊的。
4.如權(quán)利要求3所述的撐桿裝置，其中當(dāng)載荷力克服所述預(yù)張緊水平時(shí)，所述可動(dòng)部分相對(duì)于所述固定部分移動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4所述的撐桿裝置，其中當(dāng)載荷力克服所述預(yù)張緊水平以致隨著所述裝置從靜置位置轉(zhuǎn)向過(guò)渡位置而附加拉力納入所述張緊構(gòu)件時(shí)，所述張緊構(gòu)件伸長(zhǎng)，所述附加拉力當(dāng)載荷力消失時(shí)能夠使所述裝置回復(fù)到所述靜置位置。
6.如權(quán)利要求2所述的撐桿裝置，其中所述張緊構(gòu)件是經(jīng)由螺帽裝接于所述第一和第二貼靠構(gòu)件的沿縱向伸展的帶螺紋構(gòu)件。
7.如權(quán)利要求2所述的撐桿裝置，其中所述張緊構(gòu)件是固定地安裝于所述第一和第二貼靠構(gòu)件的鋼筋束。
8.如權(quán)利要求2所述的撐桿裝置，其中所述張緊構(gòu)件包括多于一個(gè)的相對(duì)于所述第一和第二貼靠構(gòu)件對(duì)稱定位的張緊構(gòu)件。
9.如權(quán)利要求1所述的撐桿裝置，其中所述固定部分和所述可動(dòng)部分都具有管狀主體而所述可動(dòng)部分位于所述固定部分的內(nèi)部。
10.如權(quán)利要求9所述的撐桿裝置，其中所述可動(dòng)部分與所述固定部分是同心的。
11.如權(quán)利要求9所述的撐桿裝置，其中所述張緊構(gòu)件位于所述固定部分內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1所述的撐桿裝置，其中所述固定部分包括兩個(gè)定位在所述可動(dòng)部分每一側(cè)上的固定部分。
13.如權(quán)利要求12所述的撐桿裝置，其中所述撐桿裝置還包括牢固地安裝于所述第一貼靠構(gòu)件和所述第二貼靠構(gòu)件的導(dǎo)引構(gòu)件，所述導(dǎo)引構(gòu)件設(shè)置在所述可動(dòng)部分的所述第二端部和所述固定部分的所述第二端部附近，用于提供對(duì)于所述可動(dòng)部分和所述固定部分的相對(duì)移動(dòng)的導(dǎo)引。
14.如權(quán)利要求12所述的撐桿裝置，其中所述張緊構(gòu)件位于所述可動(dòng)部分內(nèi)。
15.如權(quán)利要求1所述的撐桿裝置，其中所述裝置還包括將所述固定部分聯(lián)接于所述可動(dòng)部分的能量消散系統(tǒng)，所述能量消散系統(tǒng)可以當(dāng)所述固定部分與所述可動(dòng)部分之間相對(duì)移動(dòng)時(shí)發(fā)揮作用以便消散能量。
16.如權(quán)利要求15所述的撐桿裝置，其中所述能量消散系統(tǒng)包括摩擦機(jī)構(gòu)，它包括牢固地安裝于所述固定部分的支承件，以及牢固地安裝于所述可動(dòng)部分并伸向所述支承件以致與所述可動(dòng)部分形成摩擦接觸的延伸件。
17.如權(quán)利要求16所述的撐桿裝置，其中所述支承件包括槽孔以及其中所述延伸件經(jīng)由配合所述槽孔的緊固件以?shī)A緊配置方式與所述支承件安裝在一起，用于當(dāng)所述固定部分與所述可動(dòng)部分之間相對(duì)移動(dòng)時(shí)形成所述摩擦接觸。
18.如權(quán)利要求16所述的撐桿裝置，其中所述摩擦機(jī)構(gòu)還包括位于所述支承件與所述延伸件之間的摩擦界面，所述摩擦界面構(gòu)造和尺寸設(shè)計(jì)得以致當(dāng)所述固定部分與所述可動(dòng)部分相對(duì)移動(dòng)時(shí)提供摩擦。
19.如權(quán)利要求15所述的撐桿裝置，其中所述摩擦機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)，各自位于所述第一端部和第二端部附近。
20.如權(quán)利要求19所述的撐桿裝置，其中所述延伸件各自包括槽孔，構(gòu)造和尺寸設(shè)計(jì)得以致容放將所述延伸件夾緊于所述支承件，每一所述槽孔和緊固件以滑動(dòng)配置方式安裝，用于當(dāng)所述固定部分和所述可動(dòng)部分移動(dòng)時(shí)提供所述摩擦件的受限的位移。
21.如權(quán)利要求15所述的撐桿裝置，其中所述能量消散系統(tǒng)包括屈服機(jī)構(gòu)，所述屈服機(jī)構(gòu)包括安裝于所述固定部分和所述可動(dòng)部分的金屬件，所述金屬件構(gòu)造和尺寸設(shè)計(jì)得以致在由于所述固定部分與所述可動(dòng)部分之間的相對(duì)移動(dòng)而產(chǎn)生的變形作用下發(fā)生屈服。
22.如權(quán)利要求15所述的撐桿裝置，其中所述能量消散系統(tǒng)包括粘性機(jī)構(gòu)，所述粘性機(jī)構(gòu)包括裝放在一個(gè)裝置之內(nèi)的粘性流體，此裝置安裝于所述固定部分和所述可動(dòng)部分而當(dāng)所述固定部分與所述可動(dòng)部分之間相對(duì)移動(dòng)時(shí)發(fā)生變形。
23.如權(quán)利要求15所述的撐桿裝置，其中所述能量消散系統(tǒng)包括粘彈機(jī)構(gòu)，所述粘彈機(jī)構(gòu)包括安裝于所述固定部分和所述可動(dòng)部分的粘彈材料，該粘彈材料當(dāng)所述固定部分與所述可動(dòng)部分之間相對(duì)移動(dòng)時(shí)發(fā)生變形。
24.如權(quán)利要求15所述的撐桿裝置，其中所述能量消散系統(tǒng)包括至少一個(gè)消散機(jī)構(gòu)，選自由摩擦機(jī)構(gòu)、屈服機(jī)構(gòu)、粘性機(jī)構(gòu)和粘彈機(jī)構(gòu)組成的一組，粘彈機(jī)構(gòu)當(dāng)承受載荷力時(shí)顯現(xiàn)出所述撐桿裝置的旗幟形遲滯特性。
25.如權(quán)利要求1所述的撐桿裝置，其中所述裝置還包括從所述第一端部中的至少一個(gè)伸出的端部接頭和包括滑動(dòng)件的熔斷裝置，滑動(dòng)件安裝于所述端部接頭和安裝于結(jié)構(gòu)兩部分之一，所述熔斷裝置構(gòu)造和尺寸設(shè)計(jì)得以致可在大于載荷力的預(yù)定滑動(dòng)載荷下相對(duì)于所述端部接頭滑動(dòng)。
26.如權(quán)利要求25所述的撐桿裝置，其中所述滑動(dòng)件經(jīng)由配合在所述端部接頭上槽孔之內(nèi)的緊固件以摩擦結(jié)合方式安裝于所述端部接頭，用于形成所述撐桿裝置與結(jié)構(gòu)之間的摩擦作用下滑動(dòng)。
27.如權(quán)利要求25所述的撐桿裝置，其中所述端部接頭包括延伸件，所述延伸件牢固地安裝在所述可動(dòng)部分上并與牢固地安裝于所述固定部分的支承件形成摩擦結(jié)合。
28.如權(quán)利要求27所述的撐桿裝置，其中所述延伸件包括槽孔，所述槽孔將所述支承件經(jīng)由配合所述槽孔的緊固件夾緊于所述延伸件，以便當(dāng)所述固定部分與所述可動(dòng)部分在載荷力作用下發(fā)生所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦。
29.如權(quán)利要求28所述的撐桿裝置，其中所述預(yù)定的滑動(dòng)載荷在所述固定部分與所述可動(dòng)部分之間產(chǎn)生最大允許相對(duì)移動(dòng)。
30.如權(quán)利要求29所述的撐桿裝置，其中所述槽孔具有由對(duì)置兩邊沿限定的長(zhǎng)度，而且其中所述固定部分與所述可動(dòng)部分之間所述的最大允許相對(duì)移動(dòng)對(duì)應(yīng)于壓靠在所述槽孔對(duì)置兩邊沿上的所述緊固件。
31.如權(quán)利要求1所述的撐桿裝置，其中所述固定部分的所述第一端部可滑動(dòng)地安裝于所述第一貼靠構(gòu)件而所述可動(dòng)部分的所述第一端部可滑動(dòng)地安裝于所述第二貼靠構(gòu)件。
32.如權(quán)利要求1所述的撐桿裝置，其中所述固定部分的所述第一端部和所述可動(dòng)部分的所述第一端部包括帶螺紋的端部接頭，用于將所述撐桿裝置安裝于結(jié)構(gòu)的兩部分。
33.如權(quán)利要求1所述的撐桿裝置，其中所述裝置還包括設(shè)置在所述固定部分與所述可動(dòng)部分之間的導(dǎo)引件，用于導(dǎo)引所述固定部分與所述可動(dòng)部分之間的相對(duì)移動(dòng)。
34.如權(quán)利要求33所述的撐桿裝置，其中所述導(dǎo)引件包括安裝在所述固定部分與所述可動(dòng)部分之間的吸收件，用于當(dāng)所述可動(dòng)部分相對(duì)于所述固定部分作相對(duì)移動(dòng)時(shí)緩解沖擊。
35.一種撐桿裝置，可安裝在承受載荷力的結(jié)構(gòu)的兩部分之間，所述撐桿裝置包括a)第一支撐構(gòu)件，具有可安裝于兩部分中一個(gè)上的第一端部，以及第二端部，各自具有貼靠表面；b)第二支撐構(gòu)件，具有第三端部和可安裝于兩部分的另一的第四端部并各自具有貼靠表面，所述第一和第二支撐構(gòu)件可在靜置位置與過(guò)渡位置之間可移動(dòng)地發(fā)揮作用，使得i.所述第一端部鄰近所述第三端部以致形成第一對(duì)鄰近端部而所述第二端部鄰近所述第四端部以致形成第二對(duì)鄰近端部；ii.所述第一端部對(duì)置于所述第四端部以致形成第一對(duì)對(duì)置端部而所述第二端部對(duì)置于所述第三端部以致形成第二對(duì)對(duì)置端部；c)可張緊組件，包括所述第一和第二對(duì)鄰近端部附近的貼靠構(gòu)件，所述貼靠構(gòu)件由張緊構(gòu)件相互連接；因此，所述第一和第二支撐構(gòu)件在如下情況下是可以分開(kāi)移動(dòng)的，即當(dāng)施加于所述第一對(duì)對(duì)置端部的載荷力i)張緊所述裝置以致所述第一對(duì)對(duì)置端部的各自貼靠表面貼靠在各自貼靠構(gòu)件上；ii)壓縮所述裝置以致所述第二對(duì)對(duì)置端部的各自貼靠表面貼靠在各自貼靠構(gòu)件上時(shí)；所述張緊構(gòu)件在載荷力作用下是可以張緊的，以致交替地將所述第一和第二支撐構(gòu)件從所述靜置位置移動(dòng)到所述過(guò)渡位置。
全文摘要
本發(fā)明總體涉及一種自對(duì)中能量消散撐桿裝置。往往需要支撐系統(tǒng)來(lái)穩(wěn)定、加強(qiáng)或加固承受嚴(yán)酷或極端狀況的諸如建筑物這樣的結(jié)構(gòu)，此撐桿裝置可以裝設(shè)在結(jié)構(gòu)中以消除輸入能量并盡量減少與風(fēng)、地震、沖擊或爆炸加在結(jié)構(gòu)上的異常載荷有關(guān)的殘余變形。此裝置將有助于盡量減少結(jié)構(gòu)損傷的自對(duì)中特性和能量消散能力整合在一起。
文檔編號(hào)E04H9/00GK1973098SQ200580013962
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者羅伯特·特倫布萊, 康斯坦丁·克里斯托波洛斯 申請(qǐng)人:蒙特利爾艾科爾工藝技術(shù)公司