使用屈曲約束支撐的傳統的鋼筋混凝土抗彎框架的抗震加固的製作方法

2023-11-30 19:10:56 2

本發明涉及結構框架的改進，更具體地涉及用於鋼筋混凝土框架建築物中橫向漂移控制，以用於抗震應用的鋼支撐。所提出的改進技術也可以被實施為用於鋼框架和新構造的主要抗震力系統。

背景技術：

現有的無延展性或延展性有限的鋼筋混凝土建築物，諸如在建築規範的抗震規定提高之前建築的建築物，可能會造成重大的風險，例如，當遭遇強烈地震時。這些傳統的建築物主要僅是為了抵抗風和/或重力載荷而設計和建築的，對抗震要求和設計細節的理解比目前所理解的少。建築物的易受損的群體包括：住宅、商業場所、學校、醫院和其他臨界/非臨界設施。一般來說，目前的抗震規範要求比1970年代之前的抗震規範要求更全面且更嚴格得多。換句話說，在大多數現有的較舊的建築物中，沒有實施較新的規範中規定的減少抗震缺陷的延展設計和細節要求。這些缺陷包括缺乏強度、剛度和延展性中的一個或多個參數。因此，世界各地大量的現有建築物庫存缺乏抗震性，並且對生活安全和社會經濟福祉具有重大威脅。因此，進行抗震風險消減以及較舊建築物的加固，以控制橫向漂移並且降低抗震變形需求的興趣與日俱增，特別是在最近的大地震之後。

技術實現要素：

本發明在很大程度上滿足了上述需要，其中根據第一個廣義的方面，本發明提供了一種設備，該設備包括第一橫向支撐結構和第二橫向支撐結構，第一橫向支撐結構具有第一基部和從第一基部延伸的多個第一縱向構件，第二橫向支撐結構具有第二基部和從第二基部延伸的多個第二縱向構件。每個第一縱向構件在多個第二縱向構件的一對第二縱向構件之間可滑動地相互配合，其中，每個第二縱向構件在多個第一縱向構件的一對第一縱向構件之間可滑動地相互配合。第一基部可以包括第一開口，第二基部包括第二開口，第一開口和第二開口被構造為接納延伸穿過第一開口和第二開口的細長的構件，其中，當細長的構件延伸穿過第一開口和第二開口時，多個第一縱向構件和多個第二縱向構件圍繞並且橫向地約束細長的構件的移動。

根據第二個廣義的方面，本發明提供了一種方法，該方法包括調節縱向組件的第一橫向支撐結構與第二橫向支撐結構之間的相對軸向關係，從而保持第一橫向支撐結構和第二橫向支撐結構的縱向組件的軸向對齊與結構上的連續布置，其中，第一橫向支撐結構與第二橫向支撐結構處於可滑動地相互配合接合。

根據第三個廣義的方面，本發明提供了一種設備，該設備包括屈曲約束支撐和聯接到屈曲約束支撐的兩個橫向端部支撐單元，其中，屈曲約束支撐包括延伸穿過橫向約束系統的細長的構件。兩個橫向端部支撐單元中的每個包括第一橫向支撐結構和第二橫向支撐結構，其中，第一橫向支撐結構包括第一基部和從第一基部延伸的多個第一縱向構件，並且其中，第二橫向支撐結構包括第二基部和從第二基部延伸的多個第二縱向構件。每個第一縱向構件在多個第二縱向構件中的一對第二縱向構件之間可滑動地相互配合。類似地，每個第二縱向構件在多個第一縱向構件中的一對第一縱向構件之間可滑動地相互配合。第一基部包括第一開口，第二基部包括第二開口，該第一開口和第二開口構造為接納延伸穿過第一開口和第二開口的細長的構件，其中，當細長的構件延伸穿過第一開口和第二開口時，多個第一縱向構件和多個第二縱向構件圍繞並且橫向地約束細長的構件的移動。

附圖說明

併入本文並且構成本說明書的一部分的附圖示出了本發明的示例性實施例，並且連同上面給出的一般描述和下面給出的詳細描述用於解釋本發明的特徵。

圖1是屈曲約束支撐(brb)組件的屈服芯元件的立體圖。

圖2是在橫向約束構造中包括屈服芯元件的傳統的brb結構的立體圖。

圖3是包括屈服芯元件和橫向支撐殼體單元的傳統的brb結構的側視圖。

圖4是並排示出的屈服芯元件和橫向支撐殼體的側視圖。

圖5是傳統的brb結構的橫截面端視圖，其示出了用於防止直接支承在傳統的brb構造的外部預留空間和內部預留空間。

圖6是根據本發明的一個實施例的示例性brb組件的橫截面側視圖，示出了芯部段以及芯部端的兩端處的兩個端部元件。

圖7是根據本發明的一個實施例的屈曲約束支撐芯部段的橫截面視圖。

圖8是根據本發明的一個實施例的示例性承載芯元件的橫截面側視圖。

圖9是根據本發明的一個實施例的示例性全螺紋承載芯元件的橫截面側視圖。

圖10是根據本發明的一個實施例的示例性端部元件的橫截面側視圖。

圖11是根據本發明的一個實施例的示例性端部元件的一個部段的立體圖。

圖12是根據本發明的一個實施例的示例性端部元件的橫截面軸向視圖。

圖13是根據本發明的一個實施例的示例性端部元件的橫截面主視圖。

圖14是根據本發明的一個實施例的示例性端部元件的旋轉90°的主視橫截面視圖。

圖15是根據本發明的一個實施例的被構造為為延伸穿過其的屈服芯元件提供連續的橫向端部支撐的示例性端部元件的主視圖像。

圖16、圖17和圖18是根據本發明的一個實施例的brb連接組件部件的正視圖。

圖19是根據本發明的一個實施例的測試框架內的brb組件構造的圖示。

具體實施方式

定義

在術語的定義偏離術語的常用含義的情況下，除非另有具體說明，否則申請人意在利用下面提供的定義。

為了本發明的目的，應當注意的是，單數形式「一個(a)」、「一個(an)」和「所述(the)」包括提及複數，除非本文提出的上下文清楚地表明。

為了本發明的目的，諸如「頂」、「底」、「上面」、「下面」、「之上」、「之下」、「左」、「右」、「水平」、「豎直」、「上」、「下」等僅僅是為了方便描述本發明的各種實施例而使用的。本發明的實施例可以以各種方式取向。例如，附圖中示出的示意圖、設備等可以翻轉、沿任何方向旋轉90度、顛倒等。

為了本發明的目的，如果一個值是通過使用該值、性質或其他因素執行數學計算或邏輯運算而導出的，則該值或性質是基於特定值、性質、滿足條件或其他因素的。

為了本發明的目的，術語「壓應力」是指由於沿著縱向軸線施加力而產生的物理或機械應力。

為了本發明的目的，術語「壓縮變形」是指可以由於壓應力的存在而產生的結構變形。

為了本發明的目的，術語「芯基部」是指包括一個或多個中空部段的基部結構，該一個或多個中空部段沿著或平行於其縱向軸線延伸。

為了本發明的目的，術語「鉸接件」是指將兩個部分保持在一起使得一個部分可以相對於另一個部分移動的接合或彈性裝置或結構。移動可以是在二維空間或三維空間中平移或旋轉。術語鉸接件還可以是指單個連續的材料片，其自身摺疊或樞轉。術語鉸接件還可以指連接兩個固體物體僅允許它們之間的有限的旋轉角度的裝置。鉸接件可以由柔性材料或移動部件構成。進一步地，鉸接件可以是與其連接的固體物體中的一個或兩個的特殊構造的部段，或者它可以是分離的獨立組件，然後其附接到所述固體物體。

為了本發明的目的，術語「單獨的可移除單元」是指作為包括元件、結構、物體或部件的組件的大型系統的一部分而滿足特定功能的特定元件、結構、物體或部件，其中，可以移除特定元件、結構、物體或部件，而不包括系統的結構、操作或功能完整性。

為了本發明的目的，術語「單獨的可更換單元」是指作為包括元件、結構、物體或部件的組件的大型系統的一部分而滿足特定功能的特定元件、結構、物體或部件，其中可以更換特定的元件、結構、物體或部件，而不包括系統的結構、操作或功能完整性。

為了本發明的目的，術語「橫向約束端部元件」是指在元件、單元或物體的端部處提供橫向支撐，以防止元件、單元或物體中的任何橫向位移的單個或複合結構或系統。

為了本發明的目的，術語「橫向約束端部元件」是指在結構的端部處提供橫向支撐，以防止結構中的任何橫向位移的單個或複合結構或系統。

為了本發明的目的，術語「橫向支撐結構」是指為另一結構、元件或物體提供橫向支撐的結構、元件或物體。

為了本發明的目的，術語「橫向支撐結構」和術語「端部元件」可互換使用。

為了本發明的目的，術語「橫向支撐件」是指圍繞物體的外周設置的，以防止或限制物體沿橫向方向的移動、位移或變形的物理或機械支撐件。

為了本發明的目的，術語「橫向」或「橫向地」是指垂直於縱向方向的線、軸線或方向，其在結構或裝置的平面內。

為了本發明的目的，術語「橫向受約束」是指沿橫向方向的移動、位移或變形被限制或抑制的情況、狀態或性質，例如被相對於橫向受約束的物體橫向地設置的另一個結構限制或抑制。

為了本發明的目的，術語「縱向間隙」是指在兩個以上的結構之間沿著縱向軸線存在的間隙。縱向間隙可以被另一個結構佔據，或者可以留作空隙。

為了本發明的目的，術語「縱向構件」是指主要沿縱向方向遠離其起始基部或位置延伸的結構。

為了本發明的目的，術語「鉸接端連接」是指兩個或更多個結構之間的連接，其通過將兩個或更多個結構彼此重疊的部分例如通過螺栓固定在合適的位置而進行，由此在兩個或更多個結構之間形成鉸接連接。

為了本發明的目的，術語「相對可滑動的相互配合結構」是指被構造為相對於彼此可滑動地配合接合的結構，例如具有被布置為和成形為以配合到具有類似結構特徵的另一個結構的互補的缺口部分的結構特徵，反之亦然。

為了本發明的目的，術語「可滑動的相互配合接合」是指這樣的情況、構造或布置，其中兩個或更多個結構之間的相互作用涉及結構特徵從一個結構滑動到可以存在於另一個結構的多個結構特徵中或存在於另一個結構的多個結構特徵之間的互補的空隙或缺口部分中，反之亦然。

為了本發明的目的，術語「可滑動的相互配合結構」可互換地稱為「橫向支撐結構」或「橫向支撐元件」。

為了本發明的目的，術語「拉伸變形」是指由拉力的存在、運用或施加而導致的結構變形。

為了本發明的目的，術語「拉力」是指在本體的一端或兩端處沿著其縱向長度牽拉的拉伸力或載荷。拉伸力施加到材料、結構或本體，其遠離其所施加的表面作用。換句話說，它的作用是將材料或物體拉開。

為了本發明的目的，術語「拉伸」是指在張力下或施加拉伸力的狀態或情況。

為了本發明的目的，術語「張力」是指傾向於引起本體延伸的單軸力或本體內的抵抗延伸的平衡力。

對於本發明的目的，術語「在結構上連續布置」是指兩個或更多個結構之間的軸向布置，其中在該布置中，在兩個或更多個結構之間不存在一個或多個橫截面間隙或縱向間隙，即，任一結構起始於另一個結構沿著該布置的軸線終止的點處，或者在兩個或更多個結構之間沿著共同的軸線存在結構重疊，使得沿著該布置的軸線從第一結構起始的點處直到最後一個結構終止的點處具有結構連續性。

描述

雖然參考某些實施例公開了本發明，但是在不脫離如所附權利要求所限定的本發明的範圍和範疇的情況下，可以對所描述的實施例進行許多修改、變更和改變。因此，意圖是本發明不限於所描述的實施例，而是具有由所附權利要求的語言及其等同物限定的全部範圍。應當理解的是，在不脫離本發明的範圍的情況下，可以利用其他實施例並且可以進行結構改變。

在已經實施以改進現有建築物的許多有效的改進技術中，本發明考慮使用鋼支撐。特別地，相對於傳統的支撐，使用鋼屈曲約束支撐(brb)，以改進缺乏抗震性的鋼筋混凝土框架建築物已經示出了出眾的抗震性能效果和希望。

屈曲約束支撐被認為是一種相對新型的抗震力系統。傳統的支撐受到壓力和拉力二者，並且由不同的型鋼組成，型鋼被設計成避免在拉應力下斷裂以及在壓縮下屈曲。這些支撐的屈曲是承載構件的長度直徑比的函數，該長度直徑比是有效長度與截面的最小迴轉半徑的比率。因此，通常規定較大的橫截面面積，以避免在壓縮中的屈曲失效以及隨後損壞框架結構的完整性。為了克服這些挑戰，發展了屈曲約束的理念。

屈曲約束的主要理念是將主屈服鋼芯的抗逆性與由橫向套筒提供的屈曲抗力分離。壓縮負載元件的橫向支撐提供了橫向約束，抵抗沿著負載芯部的支撐長度的屈曲，留下了在壓縮載荷下容易屈曲的未受約束的部段。通過brb改進的框架示出了失效主要發生在外部預留間隙和內部預留間隙中，該外部預留間隙和內部預留間隙是系統的一部分，並且被構造為以規避負載元件或框架連接組件的任何部分直接支承在brb的橫向約束結構上。換句話說，支撐屈服部段在這些間隙內是不受約束的，但是具有較大的橫截面面積，以用作加強件。因此，這些部段在屈曲中容易失效。由於平面內和平面外的彎矩，鋼芯端部處的失效是一個經常報導的現象。

考慮到支撐的安裝方便和相關的附帶成本，brb主要由專業公司和供應商預先製造和安裝，而不是在施工現場就地建築。這導致設計、開發、材料、運輸、安裝和質量控制工藝的額外成本。此外，在大地震後，需要檢查和評估這些商業支撐的可靠性。如果需要更換，則必須更換整個支撐(即鋼芯和約束系統)，因為它們一體地鑄造為一個單元。

本發明的選定實施例針對解決當前brb的上述缺點，包括由於預留間隙的存在，支撐的不受約束的部段的易損性。因此，根據本發明的一個方面，公開了一種使用屈曲約束支撐實現有效改進技術的設備和方法。

本發明的實施例公開了一種用於屈曲約束支撐組件的新設計理念，該屈曲約束支撐組件也提高了在制定現代建築規範之前根據先前最先進的實踐建築的現有的、修復的和/或處於原始狀態的鋼筋混凝土結構。根據本發明的另一方面，公開了一種用於增強用於提高缺乏抗震性的鋼筋混凝土框架建築物的鋼屈曲約束支撐(brb)的性能的方法和設備。所提出的支撐也可以被實施為新構造中的主要抗震力系統。因此，所公開的實施例提供了一種設計理念，其基於通過專門設計的機械端部支撐來約束屈服芯棒的整個長度。這消除了使屈服芯易於屈曲的任何不受支撐的間隙。此外，所公開的brb結構的實施例可以就地組裝，諸如在施工現場。此外，根據本發明的另一個實施例，如果在大地震之後需要更換，則只需要更換屈曲芯部，而不是整個支撐系統，使得所公開的示例性抗震改進技術在結構穩健並且在經濟上可行。

圖1示出了傳統的屈服芯棒100，該屈服芯棒包括上端104和下端106。非粘接材料108覆蓋屈服芯棒100的主體區域110。屈服芯棒100具有四個矩形臂112、114、116和118，該四個矩形壁延伸屈服芯棒100的長度並且具有相同的尺寸。矩形臂112相對於矩形臂114和118成90°的角度，矩形臂114相對於矩形臂112和116成90°的角度，矩形臂116相對於矩形臂114和118成90°的角度，使得由韌性鋼製成的屈服芯棒100具有十字形橫截面。

圖2示出了傳統的屈曲約束支撐(brb)結構200，其包括橫向支撐結構204，屈服芯棒100安裝在該橫向支撐結構中。橫向支撐結構204可以由混凝土、鋼、複合材料或用於在結構框架內實施的任何其他合適的材料製成。當屈服芯棒100橫向地變形時，橫向支撐結構204為屈服芯棒100提供橫向剛性，使得屈服芯棒在壓縮以及張力下非彈性地屈服。屈服芯棒100上的非粘接材料108確保了軸向力僅被屈服芯棒100抵抗。非粘接材料108防止屈服芯棒100與橫向支撐結構204之間的粘接，使得不會將軸向載荷傳遞到橫向支撐結構204。填充材料205(其可以包括諸如砂漿、混凝土等的材料)設置在非粘接材料108與橫向支撐結構204的外套筒206之間。填充材料205提供額外的抗屈曲性。brb結構200可以看作在張力和壓應力情況下分散大量和類似能量的阻尼器。

圖3和圖4示出了另一種傳統的brb結構300和包括該brb結構的元件。brb300包括安裝在套筒306內側的屈服芯元件304。屈服芯元件304是負載部件，並且通常由鋼製成。套筒306是用作屈曲約束系統的中空鋼套筒。填充材料308(由套筒306內側的虛線表示)佔據在套筒306與屈服芯元件304之間的中空空間，從而為屈服芯元件304提供額外的橫向約束。屈服芯元件304具有受約束的屈服部分312，兩個受約束的非屈服過渡部分314以及兩個不受約束的非屈服部分316。每個不受約束的非屈服部分316包括兩個臂318，在該兩個臂之間存在間隙320。

受約束的屈服部分312被周圍的填充材料308和套筒306橫向約束。受約束的非屈服過渡部分314形成受約束的屈服部分312的端部延伸部，其位於套筒306內側並且具有較大的橫截面，以確保彈性行為。每個不受約束的非屈服部分316是受約束的非屈服過渡部分314的延伸部，其延伸經過套筒306的端部322。每個不受約束的非屈服部分316為brb300提供與採用brb300的結構框架的連接點。在鋼結構中，連接可以經由螺栓連接或焊接操作進行。

圖3和圖4中示出的屈服芯元件(棒)可以具有施加到每個受約束的屈服部分的非粘接絕緣體，以提供間隙，從而防止或最小化傳遞到周圍填充材料和套筒的摩擦力。非粘接絕緣體可以由諸如styrofoamtm、矽橡膠片、油脂、乙烯基片、膠帶、瀝青塗料、氣隙等材料組成。當採用氣隙時，氣隙的尺寸基於在brb受到壓應力時屈服鋼芯部段中的最大應變和預期的橫向變形。屈服鋼芯在彈性和塑性範圍內的泊松比可用於評估這些橫向變形。

通常，brb組件通過負載元件連接到框架建築，負載元件包括受約束的屈服鋼部段。支撐框架結構與橫向約束系統之間沒有連接。這意味著當brb受到壓應力時，負載元件將被縮短，而對負載元件提供橫向約束的周圍套筒的長度保持恆定。因此，外部預留間隙和內部預留間隙用於防止負載元件或框架連接組件的任何部分直接支承在橫向約束系統上。

圖5示出了傳統的brb組件500的端部，brb組件包括用作負載元件的屈服芯棒502和用於向屈服芯棒502提供橫向約束的橫向約束系統503。橫向約束系統503可以包括中空套筒504和佔據中空套筒504與屈服芯棒502之間的空間的填充材料505。屈服芯棒502的受約束的非屈服區段506可以包括設置在屈服芯棒502與填充材料505之間的內部預留間隙507、508和510。當屈服芯棒502經歷軸向壓縮時，內部預留間隙可以規避屈服芯棒502直接抵靠填充材料505。內部預留間隙507、508和510可以進一步包含非粘接材料512。屈服芯棒502的不受約束的非屈服部段516可以包括外部間隙520，該外部間隙物理上分離橫向約束系統503的端部522與支撐接合件524，該支撐接合件可以形成框架連接組件的一部分。外部間隙520防止在屈服芯棒502由於壓縮載荷而經歷軸向變形時，支撐接合件524或框架連接組件的任何其他部分直接抵靠橫向約束系統503。

因此，如圖5所示，外部間隙的存在導致相對於brb組件的長度較短的套筒長度。芯棒的端部在外部間隙內不受約束，因此容易屈曲。為了防止在鋼芯端部處由於平面內和平面外的屈曲而失效，在這些芯部段處可能需要適當的加強。相比之下，如果沒有設置間隙，或者如果間隙設置不足，則載荷將支承在橫向支撐結構上，並且支撐可能在其中間長度處經歷過早的屈曲失效。

根據本發明的一個實施例，示例性改進方法包括能夠執行高達負載元件的全壓縮和拉伸能力的單個對角屈曲約束支撐。本發明的選定實施例採用支撐，該支撐待連接到框架接合件附近的梁和柱周圍的鋼接合件。在拉伸和壓縮下的屈服產生了在反向循環加載期間具有大致相同的橫向強度、剛度和能量耗散能力的系統

如前所述地，為了防止負載元件直接支承抵靠brb組件的橫向支撐部件，在brb的每個端部處在橫向支撐部件與支撐接合件之間設置了外部間隙，支撐接合件諸如例如角撐板或機械鉸接件或任何其他連接零件。這些間隙用於當屈服芯在壓縮載荷下軸向變形時防止支撐接合構件與橫向支撐結構之間的任何物理聯接，使得沒有載荷支承抵靠在橫向支撐結構上。然而，承載或負載芯元件(即，屈服鋼芯棒)在這些間隙內是不受約束的，因此這些部段容易屈曲。由於平面內和平面外的彎曲，在鋼芯端部處的局部屈曲失效是brb系統屈曲失效的主要原因之一。因此，這些區域是需要如本發明最佳地提供的改進的關鍵設計區域。

圖6示出了根據本發明的一個實施例的準備安裝的brb組件600的橫截面側視圖。準備安裝的brb組件600具有示例性brb組件602(不具有端部鉸接件610)的特徵，brb組件602包括芯部段604和橫向端部支撐單元606，用於在芯部段604與框架連接點(即，端部鉸接件610)處的支撐框架構件(即，基板608)之間提供過渡機構，框架連接點包括承載芯元件612的橫向不受約束的長度613。brb602通過承載芯元件612在每端處連接到例如端部鉸接件610的基板608。橫向端部支撐單元606包括兩個橫向支撐結構614和616，可互換地稱為端部元件614和616。橫向支撐結構614和616構造為沿著共同的軸線在結構上連續的布置中可滑動的互相配合接合。此外，橫向支撐結構或端部元件614和616同軸地布置在承載芯元件612上。間隙618提供用於端部元件614與616(彼此可互相滑動)之間的不受約束的相對軸向移動的通道。這使得承載芯元件612能夠不受約束的軸向變形。端部元件614和616(彼此可互相滑動)從芯部段604的端部直到基板608沿著承載芯元件612的整個不受約束的長度613提供連續的橫向支撐。橫向端部支撐單元606被實施為在brb的每端處，在基板608(框架接合件)與外套筒621的頂表面620之間提供外部間隙619。外部間隙619允許框架結構的變形而不受brb的結構部件的幹擾。基板608與外套筒621的頂面620之間(即，橫向端部支撐單元606延伸經過brb602的外套筒621，以連接到框架接合件的地方)的外部間隙619允許承載芯元件612的軸向變形，而不受brb的結構部件的幹擾。承載芯元件612的端部622可以延伸超過基板608，以便於承載芯元件612附接到例如端部鉸接件610的基板608。

在傳統的brb組件中，傳統的屈服芯棒被設計為承受損壞，以防止對框架結構的災難性破壞(諸如在地震事件期間)。在以其他方式防止在安裝有傳統的屈服芯棒的規定位置處對結構造成的損壞時，上述屈服芯棒的部件(例如，屈服芯棒502的受約束的非屈服部分506)可以變成永久地楔入，諸如橫向支撐結構內。否則，這種災難將使得屈服芯棒502幾乎和實際上不可能從brb組件移除。因此，需要更換整個brb組件，以使框架結構在此位置處為將來的地震或其他災難性事件恢復適當的支撐和完整性。

相比之下，所公開的發明的優點在新穎的brb組件內提供了改進的屈服芯棒設計。所公開的brb組件602的改進為承載芯元件612提供了連續的屈曲約束，而不採用承載芯元件612的改變的結構或專門設計，否則可能在地震事件之後禁止獨立更換。例如，與傳統的屈服芯棒設計不同，承載芯元件612消除了在地震事件發生之後，禁止承載芯元件612的移除/更換的額外的結構特徵。

圖7示出了芯部段604的橫截面視圖。芯部段604包括設置在填充材料714內的承載芯元件612。填充材料714可以橫貫芯部段604的長度。承載芯元件612與填充材料714一起可插入鋼管718內側。鋼管718可以由填充材料720(例如，高流動性水泥基混凝土)和外套筒621(也被稱為中空部段套筒或hss)包住。可以在一側的填充材料714與另一側的鋼管718之間形成間隙724，以允許承載芯元件612在壓縮中膨脹，並且最小化或消除承載芯元件612與周圍填料720和外套筒621之間的軸向力的傳遞。

圖8示出了示例性承載芯元件802的橫截面側視圖800。為了具有受控的屈服部段，承載芯元件802可以分別具有在芯部段604中沿著長度804的面積減小的棒部段803和沿著長度807和808(即，在每個端部處通過端部支撐件606)的面積未減小的棒部段805和806。面積減小的棒部段803可以在芯部部段604中沿著長度804被填充材料714圍繞。面積未減小的棒部段805可以包括螺紋部段811和無螺紋部段812。類似地，面積未減小的棒部段806可以包括螺紋部段814和無螺紋部段816。面積未減小的棒部段805和806的螺紋部段811和814可以橫貫承載芯元件802的部段622、608和619。在示例性的承載芯元件802中，沿著芯部段604延伸的面積減小的棒部段803的面積減小可以例如通過從承載芯元件802的外表面剃去(加工)一些鋼來實現。

圖9中示出了示例性全螺紋承載芯元件902的橫截面側視圖900。類似於示例性承載芯元件802，全螺紋承載芯元件902可以分別具有在芯部段604中沿著長度904的面積減小的棒部段903和沿著長度907和908的面積未減小的棒部段905和906(即通過每端處的端部支撐件606)。面積減小的棒部段903可以在芯部段604中沿著長度904被填充材料714圍繞。全螺紋承載芯元件902的面積未減小的棒部段905和906可以橫貫全螺紋承載芯元件802的部段622、608和606。在示例性的全螺紋承載芯元件902中，面積減小的棒部段803的面積減小可以通過相對於面積未減小的棒部段805和806中的螺紋812增加面積減小的棒部段803中的螺紋810的螺紋深度來實現。

環氧樹脂和沙子或棒螺紋可以用作繞承載芯元件612的填充物714。環氧樹脂和沙子或棒螺紋(.epoxyandsandorbarthreading)。

根據本發明的一個實施例，填充材料714可以包括繞承載芯元件的面積減小的棒部段設置的環氧樹脂組合物。在本發明的一些實施例中，填充材料714可以包括基於沙子的填充材料。其他實施例可以包括環氧樹脂和沙子的組合物作為填充材料714。在本發明的替代實施例中，承載芯元件(諸如例如全螺紋承載芯元件902)的面積減小的棒部段中的螺紋的外表面可以用作填充材料714。

根據一個設計的實施例，承載芯元件612在端部支撐單元606(面積未減小的棒部段)處的直徑可以大約為44.5mm，並且在芯部段604(面積減小的棒部段)處的直徑可以大約為31.8mm。兩個區域606和604的棒直徑之間的差可以通過填充材料714(即，如果棒是被加工的，則為環氧樹脂和/或沙子，或者如果棒是帶螺紋的，則是棒螺紋)來填充。然後，承載芯元件612可以插入鋼管718內側。在一個公開的構造中，鋼管718被設計為內徑大約為46.5mm。在承載芯元件612和填充物714插入鋼管718內時，在承載芯元件612與鋼管718之間形成大約為1mm左右的間隙724。

根據一個實施例，根據承載芯元件的材料性質，間隙724基於承載芯元件的最大期望縱向應變以及分別在彈性和非彈性範圍內的大約0.3和0.5的泊松比。在框架的大約3％的橫向漂移下，棒橫向應變預期為約0.3εy+0.5×14.5εy，導致對應於大約0.7mm的橫向膨脹的大約1.51％的總橫向應變。可以選擇間隙724，以考慮在芯部段604內的承載芯元件612中的稍大的應變。

一些公開的實施例提供了高流動性水泥基混凝土，例如sikacrete-08scc(自固結混凝土)，以用作鋼管718和外部鋼套筒621之間的填充材料720。外部鋼套筒621被設計為具有足夠的撓曲強度，其超過了受約束的屈服芯的屈服強度。hss部段的抗屈撓曲強度足以提供相對於受約束的芯的極限強度的抗壓強度的安全係數。

根據本發明的選定實施例，圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖15中進一步公開了橫向端部支撐單元606的結構細節和機械操作。參考圖6和圖10，橫向端部支撐單元606通過使用端部元件614和616(表示為可滑動的互相配合的結構)來實施。第一端部元件614可以通過使用例如四個外周螺釘1000連接到框架連接組件的端部鉸接件610的基板608。第二端部元件616可以通過例如四個外周螺釘1001連接到屈曲約束芯部段604的端部附近的外套筒621，如圖6和10所示。第一端部元件614和第二端部元件616可以被配置為彼此可滑動地互相配合接合，以例如形成互鎖區1002。

參考圖6、圖10、圖11和圖12，端部元件614和616(可滑動的互相配合結構)都分別包括芯基部1003和1010。端部元件614進一步可以包括沿著縱向軸線遠離芯基部614延伸的多個周向設置的縱向構件1104、1106和1108。端部元件616進一步可以包括沿著縱向軸線遠離芯基部616延伸的多個周向設置的縱向構件1112、1114和11161。縱向構件1104、1106、1108可以以這樣的方式遠離芯基部分614軸向地延伸：使得橫向地約束延伸穿過芯基部616的芯開口的細長的構件(諸如，例如，承載芯元件612)的移動。縱向構件1112、1114、1116可以以這樣的方式遠離芯基部616軸向地延伸：使得橫向地約束延伸穿過芯基部616的芯開口的細長的構件(諸如，例如，承載芯元件612)的移動。細長的構件(例如，承載芯元件612)沿著端部元件614和616的整個長度被橫向地約束。端部元件614的整個長度包括穿過芯基部1003的縱向長度以及縱向構件1104、1106和1108的長度。端部元件616的整個長度包括穿過芯基部1010的縱向長度和縱向構件1112、1114和1116的長度。

通過端部元件614的縱向構件1104、1106和1108和端部元件616的縱向構件1112、1114和1116的重疊交叉布置，在互鎖區1117中形成橫向封閉的結構布置(圖11所示)，防止在承載芯元件612處於張力下時，兩個端部元件614和616分離(即，使相應的縱向構件移出重疊布置)。這將防止在橫向端部支撐單元606的構造內形成任何未被橫向地支撐的區域(例如見圖6)。

參考圖10、圖11和圖12，具有圓柱形基部1003和從圓柱形基部1003延伸的三個縱向構件1104、1106和1108的端部元件614可以被構造為與具有圓柱形基部1010和從圓柱形基部1010延伸的三個縱向構件1112、1114和1116的端部元件116可滑動地互相配合接合。

如圖10、圖11、圖12、圖13和圖14所示，縱向構件1104、1106和1108從第一端部元件614的圓柱形基部1003延伸。縱向構件1112、1114和1116從第二端部元件616的圓柱形基部1010延伸。在一個公開的實施例中，上述縱向構件具有相應的內表面，其可以被構造為使得當第一端部元件的每個縱向構件在第二端部元件的一對縱向構件之間(即，在第二端部元件的互補的缺口部分內)可滑動地相互配合併且第二端部元件的每個縱向構件在第一端部元件的一對縱向構件之間(即，在第一端部元件的互補的缺口部分內)可滑動地相互配合時，相應的內表面一起形成了圓柱形內表面。

用作改進的屈服芯棒，承載芯元件612被構造為具有規定的直徑和等級，並且延伸穿過屈曲約束芯部段604和包括端部元件614和616的橫向端部支撐單元606。橫向端部支撐單元606消除了任何可能使屈服芯棒易於屈曲的不受支撐的間隙。因此，橫向端部支撐單元606與屈曲約束芯部段604一起為承載芯元件612的整個長度提供橫向約束。可以採用許多附接構造中的一個來固定承載芯元件612。例如，承載芯元件612可以在其端部帶有螺紋並且通過例如螺母1018被螺栓連接，以在brb602的每側接合基板608。橫向端部支撐單元606可以被構造為允許兩個端部元件614和616沿著軸向方向跨過外部間隙619和間隙618不受約束的相對平移移動。外部間隙619和間隙618可以被設計為分別適應壓縮軸向變形和拉伸軸向變形，這在結構框架目標極限漂移時可能是需要的。因此，為承載芯元件612提供了沿著其整個長度和橫向端部支撐單元606內的連續的橫向約束。照此，橫向端部支撐單元606在功能上用作可壓縮的橫向支撐結構，其防止橫向位移，同時允許穿過其延伸的細長的構件(例如，承載芯元件612)的雙向軸向位移。

圖13和圖14示出了用於屈曲約束支撐組件中的承載芯元件612的橫向端部支撐單元606的橫截面側視圖1300和90°旋轉的橫截面側視圖1400。圖15示出了橫向端部支撐單元606的正面拍攝圖像1500，其示出了當承載芯元件612處於張力和/或壓縮下時準備發生的連續橫向約束機構。如從圖13、圖14和圖15中進一步觀察到的，每個橫向端部支撐單元包括分別包括兩個可互相滑動的結構，即端部元件614和616，每個包括圓柱形芯基部(也被稱為芯端部部段)1003和1010。根據本發明的一個實施例，如圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖15所示，示例性構造可以包括與端部元件614相關聯的三個縱向構件1104、1106和1108，其可以相對於與端部元件616相關聯的三個縱向構件1112、1114和1116偏移。偏移可以是以這樣的方式實施的軸向偏移或旋轉偏移：使得允許第一端部元件614的縱向構件1104、1106和1108和第二端部元件616的縱向構件1112、1114和1116滑過彼此並且處於彼此之之間，從而形成圖11和圖12的示例性構造中所示的封閉的中空芯部段。

參考圖6、圖10、圖11、圖12和圖15，為了使摩擦力最小化，可以在互相滑動的端部元件614的縱向構件1104、1106和1108與端部元件616的縱向構件1112、1114和1116之間保持間隙1202。參考圖12，在橫向端部支撐單元606(圖12中未示出)和外套筒621之間進一步可以具有間隙1204。通過潤滑互鎖區1002中的所述縱向構件之間的間隙1202和橫向端部支撐單元606與外套筒621之間的間隙1204，可以進一步減小摩擦，以進一步便於端部元件614和616的自由的相對平移移動。在選定的實施例中，間隙1202大約為5mm，間隙1204大約為1mm左右。所公開的實施例還提供了能夠沿著共同的縱向軸線自由地相對平移移動的從端部元件614的圓柱形芯端部1003延伸的縱向構件1104、1106、1108以及從端部元件616的圓柱形芯端部1010延伸的縱向構件1112、1114、1116。縱向構件1104、1106、1108、1112、1114、1116還可以被配置為每個的長度大約140mm。

參考圖10、圖11和圖15，橫向受約束區1502可以被分成三個過渡區，包括在橫向受約束區1502中的一個上的間隙1504(其中橫向支撐件由從端部元件614延伸的三個實心縱向構件1104、1106和1108提供)，在橫向受約束區1502的另一端上的間隙1506(其中橫向支撐件由從端部元件166延伸的三個實心縱向構件1112、1114和1116提供)，以及互鎖區1002，互鎖區1002在橫向受約束區-1302(其中橫向支撐件由來自兩個互相可滑動的端部元件614和616的縱向構件的交錯布置提供)的中間。在brb裝載之前，承載芯元件612跨過間隙1504和1506被來自一個端部的三個縱向構件1104、1106和1108以及來自另一個端部的三個縱向構件1112、1114和1116橫向地約束，其中一個端部和另一個端部的每個縱向構件分別從端部元件614和616延伸。在互鎖區1002內，承載芯元件612被來自端部元件614和616的縱向構件的相互配合的布置橫向地約束。因此，根據根據本發明的實施例設計的機構，承載芯元件612在其整個長度上，即從接合件到接合件，被完全地約束抵抗屈曲，。

在公開的實施例中，在圓柱形芯基部1003和1010(分別與端部元件614和616相關聯)之間的橫向受約束區1302大約為200mm長。該部段可以被分成三個部段。頂部部段和底部部段對應於允許響應於承載芯元件612的壓縮(當芯部受到壓縮時)的軸向變形的間隙1504和1506。對應於間隙1504和1506的頂部部段和底部部段均大約為60mm。長度大約為80mm的中間部段對應於互鎖區1002，並且用於防止在承載芯部元件612處於張力下時，橫向端部支撐單元606的兩個端部元件614和616分離(即，在其結構布置中形成縱向間隙)。

在一個公開的實施例中，圓柱形芯基部1003的厚度大約為60mm，設置在中空鋼套筒6121內側。圓柱形芯基部1010可以通過保持結構在芯部段604的端部處固定到外套筒621，保持結構諸如例如四個用於接合螺釘孔位置1508的外周螺釘1001。圓柱形芯基部1003的厚度可以大約為170mm，通過另一個保持結構連接到框架連接組件的厚的接合鋼板608，另一個保持結構諸如例如四個用於接合螺釘孔位置1510的外周螺釘1000(圖10中示出)。

根據本發明的一個實施例，部件的長度基於框架在大約3％的橫向漂移時的幾何形狀。在一個實施例中，屈服芯的規定長度在芯部段604處大約為1565mm；在橫向端部支撐單元606處大約為430mm；並且鋼板-608的厚度大約為57mm。在該漂移下，承載芯元件612的長度(在其基於brb組件602的整個長度上)的預測伸長為大約70.5mm(每個支撐端部為35.3mm)，對應於大約2.9％的全局棒應變，其大約為棒屈服應變εy的14.5倍，棒屈服應變εy約為0.2％。

在另一個公開的實施例中，端部元件614和616包括內徑大約為46.5mm並且外徑大約為150mm的圓柱形芯基部。端部元件可以被構造為容納大約60mm的拉伸和壓縮軸向變形的間隙。根據本發明的所描述的實施例，橫向端部支撐單元606可以插入到brb組件604的鋼套筒621內側，以在brb組件的每個端部處在套筒621的頂表面620與框架連接組件的基板608之間形成大約60mm的縱向間隙。然而，對於典型的框架建築物，其他實施例可以產生大約在50mm至100mm的範圍內的縱向間隙。

圖16、圖17和18圖示了根據本發明的一個實施例的用於將brb聯接到框架結構的示例性機械鋼鉸接件1600的主要部件和組裝結構。示例性機械鋼鉸接件1600包括分別如圖14和圖15所示的兩個鉸接部分1602和1604。直徑大約為44.5mm的單個高強度螺栓1606可以用於將兩個鉸接部分1602和1604附接在一起，以形成如圖16所圖示的鉸接端連接1608。鉸接端連接1608的目的是消除在負載芯棒1610的端部處的副力矩。鉸接部分1602可以包括將承載芯元件(鋼芯屈服棒)1610固定在兩端的厚的鋼板1612。厚度大約為25.4mm的兩塊板1614可以焊接到厚度大約為57.2mm的端板1612上。板可以用直徑大約為44.5mm的螺栓孔1616製成，以連接到連接組件的鉸接部分1604，該連接組件又連接到混凝土框架。連接兩個鉸接部分1602和1604的連接螺栓1606提供鉸接機構，從而確保了在承載芯棒1610上施加同心力。為了提供足夠的空間來固定鋼芯屈服鋼棒1610的螺母1620的目的，可以在兩個鋼板1614中設置大約為127mm×254mm的矩形缺口1618。鉸接端連接1608的鉸接部分1604可以包括厚度大約為50.8mm的鋼板1622，鋼板可以包括直徑大約為44.5mm的螺栓孔1624，以與鉸接部分1602連接。鋼板1622可以焊接到端板1626。

圖19中示出了一個示例性brb構造1900。在示例性構造1900中，鋼支撐1902相對於地基水平1904成大約41度的角度對角地放置。brb1902包括芯部段1903(長度大約為1565mm)和聯接到芯部段的相對端的兩個橫向端部支撐單元606，芯部段包括傳統的屈曲約束支撐。橫向端部支撐單元606(長度大約為430mm)允許負載芯元件612的不受約束的軸向變形。大約2425mm的總支撐長度包括芯部段和在芯部段的每端的兩個橫向端部支撐單元。可以組裝brb，然後通過例如如圖19所示將螺母1620緊固在負載芯元件612的螺紋端1906上而將brb連接到連接組件1608的鉸接部分1602。此後，支撐可以被插入框架1907中，並通過螺栓1606(穿過螺栓孔1616)固定到連接件1608的鉸接部分1604。鉸接部分1604可以焊接到鋼支承組件1908上，該鋼支承組件又連接到框架的接合件。兩個彈簧1909和1910可以在下部橫向端部支撐單元606區域和端部鉸接件610的基板608處緊固在外套筒621的相對側之間，以便保持外部間隙619。如圖17所示，兩個附加的大約為254mm×254mm×13mm的hss1911和1912可以被放置在框架1907的外表面上。

已經詳細描述了本發明的許多實施例，明顯的是，在不脫離所附權利要求中限定的本發明的範圍的情況下，可以進行修改和變型。此外，應當理解的是，雖然圖示了本發明的許多實施例，但是本公開內容的所有實施例作為非限制性實施例提供，因此不被認為限制所圖示的各個方面。