专利名称：减振支柱和框架结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种减振支柱，其本身可发生变形以吸收由地震、刮风和类似物施加给建筑结构的振动能，以及涉及一种包含这种减振支柱的框架结构。
背景技术：
典型的传统减振支柱可包含一个钢制轴向受力元件、一个用于防止轴向受力元件翘曲的约束元件以及一层用于防止约束元件和轴向受力元件之间发生粘合的防粘合涂层。轴向受力元件可包含一个屈服部，其用于在超出了指定大小的拉力或压力作用时发生屈服变形；一个加强部，其用于加强轴向受力元件上的从约束元件中伸出的端部，并且其与屈服部一同均被约束元件覆盖着；以及一个接合部，其连接在框架结构上。
减振支柱通常以对角的方式安装在通过柱和梁建造成的矩形框架结构的平面上，其中，每个轴向受力元件的端部均使用螺栓固定在焊接节点板上。
当因地震、刮风或类似物而有振动能施加到包含该减振支柱的框架结构上时，就会有拉力或压力作用在轴向受力元件上，因此屈服部会在拉伸方向(或压缩方向)上发生变形，并且以这种方式吸收振动能。
如整体结合在此作为参考的特开2001-227192号公报所述，已经有人对这种减振支柱进行了研究，以通过确定用于防止凝固的混凝土与轴向受力元件之间发生粘合的涂层的厚度和刚度来阻止轴向受力元件发生局部翘曲。
此外，上述类型的结构通常需要经受各种研究和试验，以检验它们能否响应于振动能根据预期参数变形。然而，通常无法对减振支柱与框架结构之间的接头的翘曲变形进行检验。已经获知，为了使减振支柱能够根据预期参数产生减振效果，最重要的是要解决当减振支柱承受压力时轴向受力元件的外部上所出现的铰链现象的问题。如果轴向受力元件的一个或多个外部发生了铰链现象并表现出不稳定行为，减振支柱就会很可能无法被设计成具有应有的刚度和屈服强度，并且可能变得不能充分地吸收振动能。
这种铰链现象示于图17A-17C中。如图17A所示，减振支柱100设有一个轴向受力元件101和一个约束元件102。轴向受力元件101具有一个屈服部103和一个加强部104。
当过大的压力作用在减振支柱100上时，轴向受力元件101上的从约束元件102中伸出的端部(即由加强部104所加强的部分)就可能在结构框架的平面之外的方向(即与结构框架的平面垂直的方向)上发生变形。特别地讲，如图17B和17C所示，轴向受力元件101的端部的变形就好像一个铰链绕着屈服部103与加强部104之间的边界区域转动，并且压缩了防粘合涂层(未示出)。这种现象通常称为铰链现象，并且，在轴向受力元件101的端部上产生屈服变形从而使其弯曲的这种情况被表述为“形成了铰链H”。
只要轴向受力元件101的端部与节点板110之间的接合部具有足够大的刚度，在屈服部103与加强部104之间的边界区域附近就不会实际出现上述铰链现象，但是，如果作用了超出了这部分的刚度的压力，就会在轴向受力元件101的端部与节点板110之间的边界区域周围出现类似的铰链现象。在屈服部103与加强部104之间以及轴向受力元件101的端部与节点板110之间的边界附近能出现铰链现象的情况下，就能够在减振支柱100中形成三个或四个铰链H，从而会使减振支柱100的性能变得不稳定。
发明内容
根据本发明的示范性实施例的减振支柱包含一个轴向受力元件，其用于提供承受沿着轴向作用的拉力或压力的屈服强度。还设有一个约束元件，其被布置在所述轴向受力元件的外围，并用于约束着所述轴向受力元件。此外，在所述轴向受力元件的外部上设有一个加强部，其用于增大所述轴向受力元件的刚度；并且在所述约束元件与所述加强部之间设有一个防粘合涂层，其用于防止它们之间发生粘合。所述加强部在轴向上的长度和所述加强部与所述约束元件之间的缝隙的尺寸是这样的，即当所述轴向受力元件承受压力时所述轴向受力元件的外部不会相对于轴向转动超过一定角度。
所述加强部能够用于增大所述轴向受力元件的外部的刚度，但当所述轴向受力元件出现了如上所述的铰链现象时，所述轴向受力元件的外部就会表现出不稳定的行为，并且，所述减振支柱不能提供设计中所期望的刚度和屈服强度，而且会变得不能充分地吸收振动能。上述铰链现象能够通过在所述约束元件与所述加强部之间提供缝隙而得到防止。可在所述约束元件与所述加强部之间设置缝隙，这是因为如果在这些元件之间没有缝隙，所述轴向受力元件就不能如所期望的那样作用。从而，根据本发明的示范性实施例可将所述加强部轴向上的长度和所述加强部与所述约束元件之间的缝隙的尺寸限定成这样，即当所述轴向受力元件承受压力时可防止所述轴向受力元件的外部相对于轴向转动超过了一定角度。这样，就不可能在所述轴向受力元件的外部上发生铰链现象，并且所述轴向受力元件的外部不会表现出不稳定的行为，从而可使所述轴向受力元件具有设计中所期望的刚度和屈服强度，并能使其充分地吸收振动能。
对于根据本发明的示范性实施例的所述减振支柱来说，可优选地，将所述一定角度指定为1/75rad(度)，将所述加强部轴向上的长度设为150mm(毫米)以上。如果所述轴向受力元件的外部所能允许的转角为最多1/75rad，就不可能在所述轴向受力元件的外部上产生铰链现象，并且所述轴向受力元件的外部不会表现出不稳定的行为。而且，如果所述加强部轴向上的长度小于150mm，所述轴向受力元件就很可能出现端部断裂。
在本发明的示范性实施例的减振支柱中，所述约束元件与所述加强部之间的缝隙的尺寸可优选设为1mm以下。
如果所述约束元件与所述加强部之间的缝隙的尺寸大于1mm，且如果所述轴向受力元件的外部的允许转角为最多1/75rad，就不会产生铰链现象，但当所述约束元件与所速加强部之间的缝隙可变得非常大时，所述约束元件将很可能停止以执行其预期的作用。在本发明的示范性实施例的减振支柱中，连接在框架结构上的销连接部可优选地设在所述轴向受力元件的外部上。
在本发明的另一个示范性实施例的框架结构中，本发明的减振支柱可安装在由柱和梁构成的刚性框架上。另外或在一种替代性方法中，所述减振支柱可优选使用销钉连接在刚性框架上。如果所述框架结构和所述减振支柱例如通过使用搭接板刚性地连接起来，当由柱和梁构成的所述刚性框架结构经受层间变形时，就可能在固定于所述搭接板上的所述轴向受力元件的外部上产生弯矩，从而会引起所述轴向受力元件的外部发生转动变形。由于所述轴向受力元件的预期作用是用于提供承受沿着轴向作用的拉力和压力的屈服强度，因此通过在所述轴向受力元件的外部上设置一个销连接部并通过使用销钉将其连接在框架结构上，即使当框架结构经受层间变形时也不会在所述轴向受力元件的外部上产生弯矩。
图1A是根据本发明的减振支柱的第一示范性实施例的垂直剖视图；图1B是图1A中所示的第一实施例的水平剖视图；图1C是沿着图1B中所示的实施例的线A-A所作的剖视图；图2是主视图，图中示意性地示出了本发明的框架结构的第一实施例；图3是主视图，示出了减振支柱与第一实施例的框架结构之间的接头区域；图4A是状态描述图，示出了当拉力作用在根据本发明的第一实施例的减振支柱上时所述轴向受力元件的端部的行为；图4B是状态描述图，示出了当压力作用在所述减振支柱上时所述轴向受力元件的端部的行为；图5A是示意图，示出了当没有力作用时所述减振支柱的行为；
图5B是示意图，示出了当压力作用时所述减振支柱的行为；图6是主视图，示出了在所述减振支柱的加载实验中所使用的加载承受装置的结构；图7A是曲线图，示出了当有压力和拉力作用以在所述轴向受力元件上产生4％的轴向应变时所述轴向受力元件的轴向上的变形量δ与所述轴向受力元件的外部上所产生的转角θ之间的关系；图7B是曲线图，示出了当有压力和拉力作用以在所述轴向受力元件上产生2％的轴向应变时所述轴向受力元件的轴向上的变形量δ与所述轴向受力元件的端部上所产生的转角θ之间的关系；图8是一个替代性实例的主视图，示出了所述减振支柱与根据本发明的第一实施例的框架结构之间的接头区域；图9A是本发明的减振支柱的第二示范性实施例的横向剖视图；图9B是沿着图9A中所示的第二实施例的线B-B所作的剖视图；图10是曲线图，示出了当有压力和拉力作用以在所述轴向受力元件上产生2％的轴向应变时所述轴向受力元件的轴向上的变形量δ与所述轴向受力元件的外部上所产生的转角θ的大小之间的关系；图11A是本发明的减振支柱的第三示范性实施例的横向剖视图；图11B是沿着图11A中所示的第三实施例的线C-C所作的剖视图；图12A是本发明的减振支柱的第四示范性实施例的横向剖视图；图12B是沿着图12A中所示的第四实施例的线D-D所作的剖视图；图13A是具有前述示范性实施例的约束元件的减振支柱的第五示范性实施例的第一剖视图；图13B是具有前述示范性实施例的约束元件的减振支柱的第五示范性实施例的第二剖视图；图13C是具有前述示范性实施例的约束元件的减振支柱的第五示范性实施例的第三剖视图；图13D是具有前述示范性实施例的约束元件的减振支柱的第五示范性实施例的第四剖视图；图14A是本发明的减振支柱的第六示范性实施例的垂直剖视图；图14B是图14A中所示的第六实施例的水平剖视图；图15是本发明的减振支柱的第七示范性实施例的垂直剖视图；图16是本发明的减振支柱的第八实施例的垂直剖视图；图17A是示意图，示出了即使有压力作用在减振支柱上所述减振支柱仍会保持稳定的情况；图17B是第一示意图，示出了当有压力作用在减振支柱上时由于铰链现象而使所述减振支柱的行为变得不稳定的情况；以及图17C是第二示意图，示出了当有压力作用在减振支柱上时由于铰链现象而使所述减振支柱的行为变得不稳定的情况。
具体实施例方式
第一示范性实施例如图1A-1C所示，减振支柱1包含轴向受力元件2和约束元件3，其中，轴向受力元件2用于提供承受沿着轴向作用的拉力或压力的屈服强度，约束元件3设在轴向受力元件2的外围上，并约束着轴向受力元件2。在轴向受力元件2与约束元件3之间设有能够防止它们之间粘合的防粘合涂层4。
轴向受力元件2由约束元件3覆盖着，并且包含一个屈服部21，所述屈服部21在被作用了超过一定大小的拉力或压力时可出现屈服变形并吸收能量。轴向受力元件2还包含加强部22，其用于增大在约束元件3中延伸的屈服部21的刚度；以及连接部23，其设在加强部22的外侧上，用于与框架结构连接。
轴向受力元件2可由具有均匀厚度的单块钢板形成，并且，屈服部21基本上设在轴向受力元件2的中间。在屈服部21的外部上设有比屈服部21宽的第一加宽部24，并且在所述第一加宽部24的外侧上还设有比第一加宽部24宽的第二加宽部25。
加强肋5沿着第一和第二加宽部24、25设在轴向受力元件2的两个外部上。加强肋5可由具有与轴向受力元件2正好相同的均匀厚度的钢板形成，并且沿着加强部22和连接部23布置在轴向受力元件2的两个侧面上，而且其抵靠着轴向受力元件2的部分被沿着轴向焊接在轴向受力元件2上。在加强肋5上的沿着第一加宽部24的部分中设有第三加宽部51，其与第一加宽部24共同形成了上述加强部22，在加强肋5上的沿着第二加宽部25延伸的部分中设有第四加宽部52，其比第三加宽部51宽，并与第二加宽部25共同形成连接部23。
约束元件3包含加固钢管31和混凝土元件32，其中，加固钢管31布置在轴向受力元件2的外围上，混凝土元件32是在钢管31与轴向受力元件2之间固化而成的铸件。防粘合涂层4在浇铸混凝土元件32之前涂覆在轴向受力元件2的表面上，从而可在混凝土元件32固化之后防止轴向受力元件2与混凝土元件32之间发生粘合。
防粘合涂层4可由涂覆在轴向受力元件2的表面上的粘弹性塑料、涂料等构成。防粘合涂层4不仅可以防止轴向受力元件2与约束元件3之间的粘合，而且可允许当压力作用在轴向受力元件2上时通过横截面的膨胀产生轴向受力元件2的变形。假设防粘合涂层4可使外围由约束元件3覆盖着的轴向受力元件2借助于防粘合涂层4的厚度与混凝土元件32分开。由于如上所述防粘合涂层4是在浇铸混凝土32之前涂覆在轴向受力元件2的表面上的，因此混凝土32与由约束元件3覆盖着的轴向受力元件2的表面之间的缝隙取决于事先涂覆的防粘合涂层4的厚度。在这种情况下，在本发明的该示范性实施例的减振支柱1中，加强肋5的侧面边缘5a与混凝土元件32之间的缝隙能够通过增加防粘合涂层4或类似物的涂覆精度而得到控制。
图2示出了安装有以如上所述的方式构造而成的根据本发明的示范性实施例的减振支柱1的框架结构。该例的框架结构使用了包含钢柱6和梁7的刚性框架结构，并且，两根减振支柱1安装在所述框架结构的每对层之间。一根减振支柱1的上端接头以螺栓连接的方式连接在节点板8a上，下端接头以螺栓连接的方式连接在节点板8b上，其中，所述节点板8a基本上焊接在上层的梁7的中间，所述节点板8b焊接在位于一根柱6和下层的梁7之间的接头上。另一根减振支柱1的上端接头以螺栓连接的方式连接在上述节点板8a上，下端接头以螺栓连接的方式连接在节点板8c上，所述节点板8c焊接在位于另一根柱6和下层的梁7之间的接头上。所述两根减振支柱1被这样布置，即，使轴向受力元件2的平面与由柱6和梁7所形成的平面平行，也就是使上述两平面对正。
图3示出了减振支柱1以螺栓连接的方式连接在节点板8b上的所在区域(例如，图2中的符号E所表示的区域)的示范性实施例性详细结构。在图3中，平面之外的肋部9这样焊接在节点板8b上，即向下延伸至柱6。轴向受力元件2和节点板8b借助于两套配对的搭接板10由螺栓10a连接起来，所述搭接板在两个位置上将加强肋5的侧面夹在中间。加强肋5和平面之外的肋部9以同样的方式借助于放置在两个位置上的将轴向受力元件2的侧面夹在中间的两套配对的搭接板10由螺栓(为清楚起见未示出)连接起来。
当以如上所述的方式构造成的框架结构由于地震、刮风或类似情况而要承受振动能时，通常会有拉力或压力沿着轴向作用在减振支柱1上。当减振支柱1接收到这些力时，轴向受力元件2就会发生屈服变形，从而可吸收振动能。
如图4A所示，当拉力作用在减振支柱1时，轴向受力元件2就会在其所在的平面上沿着伸长方向发生变形，但是不会发生平面之外的变形。如图4B所示，当压力作用在减振支柱1上时，轴向受力元件2的屈服部21能够移到平面之外并同时能使防粘合涂层4压缩，然后轴向受力元件2的外部就会发生平面之外的转动变形。下面对此进行更详细地描述，当压缩防粘合涂层4时，轴向受力元件2的外部就会以屈服部21与加强部22的边界(加强肋5上的与屈服部21邻接的端部5b所在的区域)为中心发生变形，这种变形类似于铰链上的转动。在减振支柱1承受压力的状态下，假设作用在混凝土元件32上的剪切力足够小，则轴向受力元件2的端部的行为在加强肋5与混凝土元件32接触之前取决于轴向受力元件2的弯曲刚度，在加强肋5已与混凝土元件32接触时取决于钢管31的屈服强度和刚度。当压力的大小超出了轴向受力元件2的弹性变形的限度时，轴向受力元件2的外部就会发生类如依靠铰链转动(上述铰链现象)的屈服变形和弯曲。
因压力作用而在轴向受力元件2的端部上产生的转角θ的大小由约束元件3所覆盖的加强部22的轴向长度L和加强肋5的侧面边缘5a与混凝土元件32之间的缝隙的尺寸t确定。换言之，在轴向受力元件2的端部上所产生的转角θ的大小可表示为2t/Lrad，从而可知，当由约束元件3覆盖着的加强部22的轴向长度L较长时，转角θ就会较小，当该轴向长度L较短时，转角θ就会较大。而且，在轴向受力元件2的端部上所产生的转角θ的大小能够在加强肋5的侧面边缘5a与混凝土元件32之间的缝隙较小时变小，在该缝隙较大时变大。
在本实施例的减振支柱1中，优选即使其承受了过大的压力时也可防止在其轴向受力元件2的外部上形成铰链(基于下面实验结果)。为了实现这种防止效果，由约束元件3所覆盖的加强部22的轴向长度L可被设为150mm以上，加强肋5的侧面边缘5a与混凝土元件32之间的缝隙的尺寸t可被设为1mm以下。通过如上所述地限定减振支柱1，在轴向受力元件2的外部上所产生的转角θ的大小可被限制在1/75rad以下，并且可防止在轴向受力元件2的外部上形成铰链。
为了获得由约束元件3覆盖着的加强部22的轴向长度L和加强肋5的侧面边缘5a与混凝土元件32之间的缝隙的尺寸t的规格，已对根据本发明的该示范性实施例的减振支柱1进行了一些实验。以下，将对这种实验进行描述。
使减振支柱1承受压力和拉力，以使减振支柱1发生变形，并且已对轴向受力元件2的轴向变形δ与轴向受力元件2的外部上所产生的转角θ的大小之间的关系进行了考察。在此，对轴向受力元件2的轴向变形δ和轴向受力元件2的外部上所产生的转角θ作如下定义。例如，从如图5A所示的减振支柱1保持直线形状的状态开始，向减振支柱1施加压力，直到铰链h形成，并且假定处于如图5B所示的弯曲状态。轴向受力元件2的合成轴向变形表示为δ，加强部22和连接部23相对于屈服部21所成的夹角表示为θ。在如图5A所示的状态下，减振支柱1中实际上还没有形成铰链h，在图5A的减振支柱1中已示出铰链h是为了便于与图5B进行对比。
实验用的示范性实施例性加载装置200示于图6中。加载装置200在平台201上包含一个反作用夹具202和一个加载夹具203，其中，所述反作用夹具202保持在固定位置，并且轴向受力元件2的一端连接在该反作用夹具202上，加载夹具203被支承成可沿着轴向自由移动，并且轴向受力元件2的另一端连接在该加载夹具203上。可选择性地将压力或拉力施加到减振支柱1上的千斤顶(未示出)连接在加载夹具203上。
当减振支柱1承受了可使轴向受力元件2产生4％的目标轴向应变的压力和拉力时，可获得如图7A所示的实验结果。当减振支柱1承受压力时，即使负轴向变形一定程度上得到了增大，但轴向受力元件2的外部上所产生的转角θ的大小在一定水平上没有增大。当减振支柱1承受拉力时，假定正轴向变形是由轴向受力元件2的初应变引起的，则轴向受力元件2的外部上所产生的转角θ的大小保持在大约1/75rad以下。这是由于轴向受力元件2的外部仅允许在加强肋5的侧面边缘5a与混凝土元件32之间的缝隙的范围内转动，其进一步的转动要受到混凝土元件32和钢管31的阻力的限制。如图7B所示，当减振支柱1承受可使轴向受力元件2产生2％的目标轴向应变的压力和拉力时，尽管轴向受力元件2的轴向变形δ较小，但可观察到与以上所述相同的变化趋势。
在上述实验中，轴向受力元件2的外部没有发生弯曲，并且，没有铰链形成在轴向受力元件2中。该实验中的加载情形对应于下述情况与框架结构的层间变形导致所述轴向受力元件的整个平面上发生变形，但轴向受力元件2的外部没有承受任何偏心压力。而且，约束元件3所覆盖着的加强部22的足够大的轴向长度L也被认为是为何没有形成铰链的一种因素。
在本发明的该示范性实施例中，轴向受力元件2的平面能被布置成与由柱6和梁7所形成的平面平行，并且当轴向受力元件2的平面被布置成与由柱6和梁7所形成的平面垂直时也能获得等同效果。如图8所示，加强肋5和节点板8b能够借助于放置在两个位置上的将轴向受力元件2的两侧夹在中间的两套配对的搭接板10由螺栓10a连接起来。相似地，轴向受力元件2和平面之外的肋部9可借助于放置在两个位置上的将加强肋5的两侧包围起来的两套配对的搭接板10由螺栓(为清楚起见未示出)连接起来。
第二示范性实施例下面，参看附图描述本发明的第二示范性实施例。已在本发明的第一示范性实施例中描述的构件将以相同的附图标记表示，并且可以认为它们已在前面得到了描述。
如图9A和9B所示，在该示范性实施例的减振支柱1中，设有具有与轴向受力元件2近似相同的长度的加强肋53。加强肋53由具有与轴向受力元件2正好相同的均匀厚度的钢板制成，并且具有借助于沿着屈服部21布置的连接条54将设在轴向受力元件2的两个外部上的两个加强肋5连接起来的形状。加强肋53布置在轴向受力元件2的两侧上，并且其抵靠着轴向受力元件2的部分被沿着轴向焊接。连接条54增大了轴向受力元件2的屈服部21的刚度。
在本实施例的减振支柱1中，与上述的第一示范性实施例相似，由约束元件3覆盖的加强部22的轴向长度L被指定为150mm以上，加强肋5的侧面边缘5a与混凝土元件32之间的缝隙的尺寸t被指定为1mm以下。本实施例的减振支柱1能够使轴向受力元件2的外部上所产生的转角θ的大小在1/75rad以下，并且可防止在轴向受力元件2的外部上形成铰链。
为了获得由约束元件3覆盖的加强部22的轴向长度L和加强肋5的侧面边缘5a与混凝土元件32之间的缝隙的尺寸t的规格，已对该示范性实施例的减振支柱1进行了实验，下面对此进行描述。例如，通过将轴向受力元件2的平面布置成与柱6和梁7所形成的平面平行来将减振支柱1安装在由钢柱6和梁7构成的框架结构上。然后，使所述框架结构承受层间变形，以使减振支柱1承受可使轴向受力元件2产生2％的目标轴向应变的压力和拉力，并且研究了轴向受力元件2的轴向变形δ与轴向受力元件2的外部上所产生的转角θ的大小之间的关系。如图10所示，在这种情况下，同样尽管轴向受力元件2的轴向变形δ较小，但可观察到与对上述第一实施例所进行的实验中相同的变化趋势。
第三示范性实施例下面，参看附图描述本发明的第三实施例。已在前面第一和第二实施例中描述的构件将以相同的附图标记表示，并且可以认为它们已在前面得到了描述。
如图11A和11B所示，在该示范性实施例的减振支柱1中设有两个轴向受力元件2。这两个轴向受力元件2以相等间距平行布置，并且每个轴向受力元件2均设有一个加强肋5。当将该减振支柱1安装在框架结构中时，节点板8a(或节点板8b、8c)插入两个轴向受力元件2的外部之间，从而这两个轴向受力元件2不需使用任何搭接板就能以螺栓连接的方式连接。加强肋5可使用搭接板以螺栓连接的方式连接。
第四示范性实施例下面，参看附图描述本发明的第四实施例。已在前面实施例中描述的构件将以相同的附图标记表示，并且可以认为它们已在前面得到了描述。
如图12A和12B所示，在该示范性实施例的减振支柱1中同样设有两个轴向受力元件2，并且分别为每个轴向受力元件2设置一个约束元件3。
第五示范性实施例下面，参看附图描述本发明的第五实施例。已在前面实施例中描述的构件将以相同的附图标记表示，并且可以认为它们已在前面得到了描述。
图13A至13D示出了在本发明的上述示范性实施例中所示的约束元件3的各种改型。图13A中所示的约束元件3a可以用于替代上述第一和第二实施例的约束元件3。该约束元件3a由两个槽钢33和两个钢板34组合而成。槽钢33被布置成将轴向受力元件2的屈服部21夹在它们的腹板的后面之间。钢板34沿着相邻槽钢33的凸缘面布置，从而将屈服部21夹在中间。槽钢33和钢板34使用螺栓35连接起来。
图13B中所示的约束元件3b可以用于替代上述第三实施例的约束元件3。该约束元件3b由四个角钢36组合而成。每个角钢36均这样布置，即其沿着直角伸出的后面抵靠在形成于屈服部21和连接条54之间的直角槽上。每对相邻的角钢36将屈服部21或连接条54夹在它们的凸缘面之间，并且它们使用螺栓35连接起来。
图13C中所示的约束元件3c可以用于替代上述第一和第二实施例的约束元件3。该约束元件3c由两个矩形钢管37和两个钢板34组合而成。矩形钢管37被布置成将轴向受力元件2的屈服部21夹在它们的侧面之间。钢板34沿着将屈服部21夹在中间的相邻矩形钢管37的侧面布置。矩形钢管37和钢板34通过焊接固定。
图13D中所示的约束元件3d可以用于替代上述第三实施例的约束元件3。该约束元件3d由四个具有矩形横截面的矩形钢管38和四个钢板34组合而成。矩形钢管38这样布置，即它们的两个相邻侧面沿着形成在屈服部21和连接条54之间的直角槽表面放置。钢板34沿着将屈服部21夹在中间的相邻矩形钢管38的侧面布置。矩形钢管38和钢板34通过焊接固定。
第六示范性实施例下面，参看附图描述本发明的第六实施例。已在前面实施例中描述的构件将以相同的附图标记表示，并且可以认为它们已在前面得到了描述。
如图14A和14B所示，在该示范性实施例的减振支柱1中设有用作连接部23的连接在框架结构上的铰接块(销连接部)60。铰接块60设有两个轴向支承部61，所述轴向支承部61平行延伸且之间具有缝隙，而且每个轴向支承部61均设有销钉孔62。
当将这种减振支柱1安装到框架结构上时，节点板8a(或节点板8b、8c)能够插入两个轴向支承部61之间，并且销钉(为清楚起见未示出)可转动地安装穿过销钉孔62和形成在节点板8a中的销钉孔8d。
当安装有所述减振支柱的框架结构因地震、刮风或类似情况而承受振动能和经受层间变形时，如果所述减振支柱的外部通过使用搭接板10刚性地连接在位于柱6和梁7之间的接头区域上，就会在柱6和梁7的平面上于所述减振支柱的外部上产生弯矩，但如果减振支柱1如上所述地通过使用销钉连接在框架结构上，则减振支柱1的外部就可发生转动，因此不会产生弯矩，而只会有拉力或压力作用在减振支柱1上，从而可使减振支柱1充分地显现出其特征。
第七示范性实施例下面，参看附图描述本发明的第七实施例。已在前面实施例中描述的构件将以相同的附图标记表示，并且可以认为它们已在前面得到了描述。
如图15所示，在该示范性实施例的减振支柱1中，加强肋5的侧面边缘5a相对于轴向受力元件2的轴向成夹角γ倾斜布置。约束元件3中的混凝土元件32的内表面也被倾斜布置，以与侧面边缘5a的倾斜相配。从而可使加强肋5的侧面边缘5a与混凝土元件32之间的缝隙相等。
当以如上所述的方式构造而成的减振支柱1承受压力时，轴向受力元件2可在轴向上被挤压，并且轴向受力元件2的外部会被推进约束元件3的内侧中。这样就会使加强肋5的侧面边缘5a与混凝土元件32之间的缝隙的尺寸小于没有承受压力的状态下的尺寸，因此轴向受力元件2的外部上所产生的转角θ也会变小，从而可防止在轴向受力元件2的外部上形成铰链。
第八示范性实施例下面，参看附图描述本发明的第八实施例。已在前面实施例中描述的构件将以相同的附图标记表示，并且可以认为它们已在前面得到了描述。
如图16所示，在该示范性实施例的减振支柱1中，屈服部21与混凝土元件32之间的缝隙的尺寸s比加强肋5的侧面边缘5a与混凝土元件32之间的缝隙的尺寸t大。
当以上面所述的方式构造而成的减振支柱1承受压力时，加强肋5会接触混凝土元件32，从而可限制轴向受力元件2的外部的行为。由于在这种状态下屈服部21不会与混凝土元件32接触，因此由压力引起的沿着轴向受力元件2的轴向上的变形会平稳地产生，并且不会遇到过大的阻力，从而减振支柱1不会表现出不稳定的行为。
尽管在这些实施例中的轴向受力元件2的屈服部21具有矩形的横截面，但在本发明中的所述轴向受力元件的横截面形状并不局限于矩形，而是可以使用各种不同形状，例如圆形、空心矩形和空心圆形等。
在本发明的这些示范性实施例中，约束元件3由钢管31和混凝土元件32的组合形成；然而，也可以使用砂浆来代替混凝土。轴向受力元件2由具有均匀厚度的单块钢板形成；然而，也可以例如通过使所述屈服部的厚度小于其他区域的厚度来对所述轴向受力元件的厚度进行修改。而且，所述轴向受力元件可通过多个钢板的组合形成。
以上描述仅仅用于说明本发明的原理。鉴于在此所作的叙述，对于本领域的普通技术人员来说，显而易见可以作出各种修改或变换。因此，应当指出，尽管在此没有明确地给以示出或描述，但本领域的普通技术人员仍能够设计出众多类型的采用本发明原理的结构，从而这些结构仍属于本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种减振支柱，包括一个轴向受力元件，其被构造成用于提供抵抗力，以抵抗沿轴向作用的拉力和压力中的至少一种力；一个约束元件，其设在所述轴向受力元件的周围，以约束所述轴向受力元件；一个加强部，其定位在所述轴向受力元件的端部上，用于对所述轴向受力元件的刚度施加补充和加强这二种作用中的至少一种；以及一个防粘合涂层，其设在所述约束元件与所述加强部之间，以防止它们之间发生粘合；其中，所述加强部沿轴向延伸的长度和所述加强部与所述约束元件之间的缝隙被这样设置，即当拉力和压力中的至少一种力作用在所述轴向受力元件上时，可防止所述轴向受力元件的端部在轴向上转动超过预定角度。
2.如权利要求1所述的减振支柱，其特征在于，所述预定角度为1/75度，并且所述加强部的长度为至少150mm。
3.如权利要求2所述的减振支柱，其特征在于，所述约束元件与所述加强部之间的缝隙为最多1mm。
4.如权利要求1所述的减振支柱，其特征在于，其还包括一个被构造成用于连接在框架结构上的销连接部，所述销连接部设在所述轴向受力元件的端部上。
5.一种刚性框架结构，包括一个至少由柱和梁构成的结构，所述结构包含减振支柱，所述减振支柱包括a.一个轴向受力元件，其被构造成用于提供抵抗力，以抵抗沿轴向作用的拉力和压力中的至少一种力；b.一个约束元件，其设在所述轴向受力元件的周围，以约束所述轴向受力元件；c.一个加强部，其定位在所述轴向受力元件的端部上，用于对所述轴向受力元件的刚度施加补充和加强这二种作用中的至少一种；以及d.一个防粘合涂层，其设在所述约束元件与所述加强部之间，以防止它们之间发生粘合；其中，所述加强部沿轴向延伸的长度和所述加强部与所述约束元件之间的缝隙被这样设置，即当拉力和压力中的至少一种力作用在所述轴向受力元件上时，可防止所述轴向受力元件的端部在轴向上转动超过预定角度。
6.如权利要求5所述的刚性框架结构，其特征在于，所述减振支柱以销接的方式设在所述刚性框架结构上。
全文摘要
本发明公开了一种减振支柱，其具有一个用于提供抵抗拉力或压力的抵抗力的轴向受力元件、一个用于约束着所述轴向受力元件的约束元件以及一个用于补充所述轴向受力元件的刚度的加强部。防粘合涂层被设置成用于防止所述约束元件和所述加强部之间发生粘合。所述加强部沿轴向延伸的长度和所述加强部与所述约束元件之间的缝隙被这样限定，即当压力作用在所述轴向受力元件上时，可防止所述轴向受力元件的端部在轴向上转动超过指定角度。
文档编号F16F7/00GK1576476SQ20041006216
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月6日 优先权日2003年7月8日
发明者中村博志, 铃木一弁, 中田安洋, 白井贵志 申请人:新日本制铁株式会社