复合式消能支撑元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种复合式消能支撑元件，尤指一种适合作为耐震工材的复合式消能支撑元件。
【背景技术】
[0002]地震攸关人民生命财产问题，其严重甚至会牵动全国经济，因此提高建筑物耐震性一直都是结构工程发展的重要课题。传统耐震建物主要着重于弹性设计，其主要是通过结构物本体的强度(stiffness)来抵抗地震力，并以韧性(ductility)吸收地震能量。然而，传统耐震设计的梁、柱在吸收地震能量后所产生的塑性变形，往往会使结构物严重受损，且有修复上的困难，因此陆续又提出隔震、消能、减震等技术，以提高建物的耐震性。
[0003]挫屈支撑元件(buckling brace)即属消能构件之一,其常被应用于耐震构造中。现有钢制耐震支撑元件通常是由具有双对称断面的单一钢材所制成，其虽可在地震发生时，通过大幅度塑性变形，来吸收地震能量，但塑性变形常集中于钢制支撑元件的中央或两端位置，进而造成金属疲劳并引发材料破坏的问题。
[0004]图1为目前广为工程界使用的挫屈束制支撑兀件(Buckling Restrained Brace,BRB) 100立体示意图,其主要构成元件包括主受力元件11及侧撑元件12,主受力元件11可承担轴向力，而侧撑元件12则提供主受力元件11侧向支撑，以防止主受力元件11受压挫屈，其相比于传统挫屈支撑元件虽具有较好的抗震安全性，但仅能通过轴向变形来吸收能量，且仍有应力集中于支撑元件两端的现象。
[0005]有鉴于上述现有技术的缺失，目前亟需发展一种可改善应力集中问题且结合弯曲与轴向变形以提供优异消能效果的消能支撑元件，以期应用于建物结构中时能发挥较好的耐震效果。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种可改善应力集中问题且具有较好消能效果的复合式消能支撑元件，以能于建筑结构中展现较好的耐震特性。
[0007]为达成上述目的，本发明提供了一种复合式消能支撑元件，包括:一第一长尺体及一第二长尺体，其沿长度方向上的一基准平面相对设置，其中该第一长尺体及该第二长尺体具有不同应力应变特性，且分别位于该基准平面的相对两侧，以构成该基准平面的两侧具有不对称应力应变特性的长杆构件。
[0008]据此，当施加压缩或拉伸力于本发明的复合式消能支撑元件时，基准平面相对两侧的不对称应力应变特性将引发复合式消能支撑元件弯曲变形，以利于吸收更大的地震能量，并可避免应力集中所造成的材料破坏。
[0009]在本发明中，第一长尺体及第二长尺体的材质并无特定限制，其可选用任何适用的现有材料，如建筑领域上常用或已知适用的任何材料，其并不限于钢材(包括低降伏强度钢、高强度钢等)，任何其他合金、金属等材料均可应用于本发明的复合式消能支撑元件中。
[0010]在本发明中，该复合式消能支撑元件可通过第一长尺体与第二长尺体的构型或本身材质差异，以达成基准平面相对两侧的不对称应力应变特性。就构型上来说，第一长尺体及第二长尺体相对于该基准平面可呈不对称构型，借此即使第一长尺体及第二长尺体为相同材质，该复合式消能支撑元件也可展现两侧不对称的应力应变特性，以在受力时可引发弯曲变形，以吸收更大的地震能量，并可改善应力集中的问题。另一方面，就材质上而言，第一长尺体及第二长尺体可选自于不同材质，即通过材质本身的应力应变特性差异，也可建构出基准平面两侧呈不对称应力应变特性的复合式消能支撑元件。例如，本发明的第一长尺体及第二长尺体可分别为低降伏强度钢与高强度钢，以通过低降伏强度钢与高强度钢间的材质差异，以使基准平面的两侧具有不同的应力应变特性。在此，低降伏强度钢的降伏应力可大于50MPa且小于235MPa，优选为大于80MPa且小于lOOMPa，但不限于此；而高强度钢的拉伸强度可大于490MPa且小于lOOOMPa，优选为大于590MPa(降伏应力约440MPa)且小于780MPa，但不限于此。
[0011]在本发明中，第一长尺体与第二长尺体间的连接方式并无特定限制，只要两者间整体构成基准平面两侧呈不对称应力应变特性的长杆构件即可。例如，第一长尺体及第二长尺体可通过两者间的材料直接密接成型，或者通过如硬焊、锁合、嵌合等(但不限于此)接合方式，直接于长度方向上相互接合，以在该基准平面上构成一接合界面；抑或，第一长尺体及第二长尺体可相隔一预定距离，且在第一长尺体及第二长尺体的相对两侧分别通过一接合元件沿长度方向连接第一长尺体及第二长尺体，以构成非一体成型的长杆构件。在此，该接合元件可为一板状或其他形式的接合元件。
[0012]在本发明中，第一长尺体与第二长尺体的构型并无特殊限制，其可为平板型或折曲型长尺体。举例说明，第一长尺体及第二长尺体中的一个可为平板型长尺体，另一个可为凹口朝向基准平面的折曲型长尺体；抑或，两者均为凹口朝向基准平面的折曲型长尺体，其中该折曲型长尺体可为弯角式折曲型长尺体或弧形式折曲型长尺体。据此，第一长尺体与第二长尺体可相对接合成具有各种横截面构型的中空长杆构件，如矩形、圆形、菱形等横截面构型。
[0013]本发明所称的「基准平面」为一假想的延伸平面，其平行于第一长尺体与第二长尺体的长度方向，并介于第一长尺体与第二长尺体之间，其中，在第一长尺体与第二长尺体直接相互接合的形式中，该基准平面与第一长尺体与第二长尺体的接合界面重叠；而于第一长尺体与第二长尺体相隔一预定距离的形式中，该基准平面位于相隔距离上的中央位置。
[0014]综上所述，本发明可通过第一长尺体与第二长尺体的相对设置，以构成具有两侧不对称应力应变特性的复合式消能支撑元件。相比于现有一体成型的单一钢材支撑元件，本发明的复合式消能支撑元件不仅可在受力时发生轴向变形，由于其基准平面两侧呈不对称应力应变特性，因此可通过弯曲变形来吸收更多的地震能量，以展现更好的消能效果，且可同时避免应力集中导致材料破坏的问题。
【附图说明】
[0015]图1为现有挫屈束制支撑元件的立体示意图。
[0016]图2为本发明第一具体实施例的复合式消能支撑元件的立体示意图。
[0017]图3为本发明第二具体实施例的复合式消能支撑元件的侧视示意图。
[0018]图4为图3中A-A剖面的示意图。
[0019]图5为本发明第三具体实施例的复合式消能支撑元件的前视示意图。
[0020]图6为本发明第四具体实施例的复合式消能支撑元件的前视示意图。
[0021]图7为本发明第五具体实施例的复合式消能支撑元件的立体示意图。
[0022]图8为本发明第六具体实施例的复合式消能支撑元件的前视示意图。
[0023]【符号说明】
[0024]11:主受力元件；
[0025]12:侧撑元件；
[0026]21、31、41、51、61、71:第一长尺体;
[0027]22、32、42、52、62、72:第二长尺体；
[0028]211、221、311、321、411、421、511:底板；
[0029]212、222、312、322、412、422、512:第一侧板；
[0030]213、223、313、323、413、423、513:第二侧板；
[0031]33、34:接合元件；
[0032]414、424、714、724:第一翼部；
[0033]415、425、715、725:第二翼部；
[0034]45、75:螺栓；
[0035]46、76:螺帽；
[0036]100:挫屈束制支撑元件；
[0037]200、300、400、500、600、700:复合式消能支撑元件；
[0038]P:基准平面；
[0039]L:长度方向；
[0040]d:预定距离。
【具体实施方式】
[0041]以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0042]图2为本发明第一具体实施例的复合式消能支撑元件200的立体示意图。请参阅图2，本实施例的复合式消能支撑元件200包括第一长尺体21及第二长尺体22，其中第一长尺体21及第二长尺体22分别位于基准平面P的相对两侧，并通过如硬焊等接合方式沿长度方向L相互接合，以于基准平面P上构成一接合界面。在此，第一长尺体21及第二长尺体22可选自任何适用的现有材料，其可为相同或不同材料或厚度。例如，本实施例的第一长尺体21与第二长尺体22选用弯曲加工而成