(57)【要約】  【解決手段】構造枠材用のブレース構造体のブレース部材と関連して使用される降伏ヒューズが提供されている。この装置は、ブレース構造体が引張力荷重下または圧縮力荷重下にあり、ブレース部材が軸方向に移動したときに撓降伏するアームまたは要素を含んでいる。本発明の装置は、特に大量受注製鋳造装置に利用することができる。この装置は、地震の際のブレース利用に適している。  【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造枠材用のブレース構造体で使用される構造装置であって、前記ブレース構造体は、ブレース部材を含んでおり、
本構造装置は、
（ａ）前記ブレース部材を受領して該ブレース部材に接続されるように設計された第１端と、
（ｂ）前記構造枠材に接続されるように設計された第２端と、
（ｃ）前記第１端と前記第２端との間に配置された少なくとも１本の撓降伏アームと、
を含んでいることを特徴とする構造装置。
【請求項２】
降伏アームは、長形であり、ブレース部材によって提供される軸から離れた中央部分を含んでいることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
降伏アームは、中央部分でテーパ加工されていることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
ブレース部材は、筒状であり、その第１端は、前記ブレース部材の曲率に対応する曲率を含んでいることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
ブレース構造体は、構造体端部接合部をさらに含んでおり、第２端は、前記構造体端部接合部に接続されており、前記構造体端部接合部は、構造枠材に接続されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
構造体端部接合部は、ガセット板であり、第２端は、少なくとも１以上のフランジ部を含んでおり、前記少なくとも１以上のフランジ部は、前記ガセット板の複数穴に対応する複数穴を有しており、前記第２端をボルト手段によって前記端部接合部に接続させることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
２つのフランジ部が両側に存在し、それぞれの前記フランジ部は、ブレース構造体として組み立てられるとガセット板の片側上に配置されることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
第２端は、フランジ部に隣接する湾曲部を含んでおり、前記湾曲部は、ブレース部材の運動を軸方向のみの運動に規制することを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項９】
第１端と第２端は、ブレース部材によって提供される軸内に配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
構造装置は、鋳造構造装置であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１１】
構造装置は、動的荷重時に使用されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１２】
構造装置は、動的荷重時にブレース部材と構造枠材とを損傷から保護するように機能することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１３】
動的荷重は、激しい地震荷重を含むことを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
構造装置は、構造枠材が動的荷重に曝されたときに降伏ヒューズとして作用することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１５】
構造枠材用のブレース構造体であって、
（ａ）ブレース部材と、
（ｂ）少なくとも１体の構造装置とを含んでおり、
該構造装置は、
（ｉ）前記ブレース部材を受領して該ブレース部材に接続されるように設計された第１端と、
（ｉｉ）前記構造枠材に接続されるように設計された第２端と、
（ｉｉｉ）前記第１端と前記第２端との間に配置された少なくとも１本の撓降伏アームと、
を含んでいることを特徴とするブレース構造体。
【請求項１６】
ブレース構造体は、軸方向荷重時に対称的に降伏変形するように、前記ブレース構造体内で利用される２以上の構造装置を含んでいることを特徴とする請求項１５記載のブレース構造体。
【請求項１７】
降伏アームは、長形であり、ブレース部材によって提供される軸から離れた中央部分を含んでいることを特徴とする請求項１５記載のブレース構造体。
【請求項１８】
ブレース部材は、筒状であり、その第１端は、前記ブレース部材の曲率に対応する曲率を含んでいることを特徴とする請求項１５記載のブレース構造体。
【請求項１９】
ブレース構造体は、該ブレース構造体を構造枠材に接合するための接合部をさらに含んでいることを特徴とする請求項１５記載のブレース構造体。
【請求項２０】
端部接合部は、ガセット板であり、第２端は、少なくとも１以上のフランジ部を含んでおり、前記少なくとも１以上のフランジ部は、前記ガセット板の複数穴に対応する複数穴を有しており、前記第２端をボルト手段によって前記ガセット板に接続させることを特徴とする請求項１９記載のブレース構造体。
【請求項２１】
２つのフランジ部が両側に存在し、それぞれの前記フランジ部は、ブレース構造体として組み立てられるとガセット板の片側上に配置されることを特徴とする請求項２０記載のブレース構造体。
【請求項２２】
第２端は、フランジ部に隣接する湾曲部を含んでおり、前記湾曲部は、ブレース部材の運動を軸方向のみの運動に規制することを特徴とする請求項２１記載のブレース構造体。
【請求項２３】
ブレース部材は、ガセット板を係合させるスロットを含んでおり、前記ブレース部材の運動を該ブレースの軸方向のみの運動に規制することを特徴とする請求項２０記載のブレース構造体。
【請求項２４】
少なくとも１体の鋳造構造装置のそれぞれの降伏アームは、ブレース部材が第２端に向かって、または該第２端から離れて移動するときに撓降伏するように作動可能であることを特徴とする請求項１５記載のブレース構造体。
【請求項２５】
ブレース構造体は、ブレース部材の先端を構造枠材に取り付けるための手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項１５記載のブレース構造体。
【請求項２６】
構造装置は、鋳造構造装置であることを特徴とする請求項１５記載のブレース構造体。
【請求項２７】
構造装置は、動的荷重の際にブレース部材と構造枠材とを損傷から保護するように機能することを特徴とする請求項１５記載のブレース構造体。
【請求項２８】
構造枠材用のブレース構造体で使用される構造装置であって、前記ブレース構造体は、ブレース部材を含んでおり、
本構造装置は、
（ａ）前記ブレース部材を受領して該ブレース部材に接続されるように設計された端部と、
（ｂ）前記ブレース部材により提供される軸から離れた本体部とを含んでおり、該本体部は、該本体部から軸方向に延びる複数の撓降伏アームを含んでおり、前記撓降伏アームは、前記構造枠材に接続されるように設計された上部を含んでいることを特徴とする構造装置。
【請求項２９】
ブレース構造体は、該ブレース構造体を構造枠材に接合するための接合板とブレース構造体端部接合部とをさらに含んでおり、前記接合板は、降伏アームの上部と前記ブレース構造体端部接合部とを保持するように設計されていることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
上部は、ボルト手段によって接合板に保持されることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
端部接合部は、ガセット板であり、接合板は、前記ガセット板の複数穴に対応する複数穴を有しており、前記接合板をボルト手段によって前記ガセット板に保持させることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３２】
接合板は、降伏アームの上部を保持するための２つの部分を両側に含んでいることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３３】
接合板は、降伏アームの上部を保持するための端部と、構造体端部接合部への接合のための第２端と、第１端と第２端との間の仲介部とを含んでいることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３４】
接合板は、構造装置と構造体接合部との間に隙間を形成するように前記構造体端部接合部を越えて延びており、前記隙間は、動的荷重時に予想される最大の軸方向ブレース変形の少なくとも２倍の長さであることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３５】
ブレース部材は、装置の第１端を越えて延びていないことを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３６】
ブレース部材と本装置の本体部との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項３５記載の装置。
【請求項３７】
降伏アームは、その軸方向に沿ってテーパ加工されていることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３８】
ブレース部材は、筒状であり、その第１端は、前記ブレース部材の曲率に対応する曲率を含んでいることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３９】
構造装置は、鋳造構造装置であることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項４０】
動的荷重時に利用される請求項２８記載の装置。
【請求項４１】
装置は、動的荷重時に構造枠材を損傷から保護するように機能することを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項４２】
動的荷重は、激しい地震荷重を含むことを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項４３】
装置は、構造枠材が動的荷重に曝されたときに降伏ヒューズとして作用することを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項４４】
構造枠材用のブレース構造体であって、
（ａ）ブレース部材と、
（ｂ）少なくとも２体の構造装置とを含んでおり、それぞれの前記構造装置は、
（ｉ）前記ブレース部材を受領して該ブレース部材に接続されるように設計された端部と、
（ｉｉ）前記ブレース部材により提供される軸から離れた本体部とを含んでおり、前記本体部は、該本体部から前記軸方向に延びる複数の降伏アームを含んでおり、該降伏アームは、前記構造枠材に接続されるように設計された上部を含んでいることを特徴とするブレース構造体。
【請求項４５】
２体の鋳造構造装置が存在することを特徴とする請求項４４記載のブレース構造体。
【請求項４６】
ブレース構造体は、該ブレース構造体を構造枠材に接合するための接合板とブレース構造体端部接合部とをさらに含んでおり、前記接合板は、降伏アームの上部と前記ブレース構造体端部接合部とを保持するように設計されていることを特徴とする請求項４４記載のブレース構造体。
【請求項４７】
上部は、ボルト手段によって接合板に保持されることを特徴とする請求項４６記載のブレース構造体。
【請求項４８】
端部接合部は、ガセット板であり、接合板は、前記ガセット板の複数穴に対応する複数穴を有しており、前記接合板をボルト手段によって前記ガセット板に保持させることを特徴とする請求項４６記載のブレース構造体。
【請求項４９】
接合板は、降伏アームの上部を保持するための２つの部分を両側に含んでいることを特徴とする請求項４６記載のブレース構造体。
【請求項５０】
ブレース部材は、筒状であり、その第１端は、前記ブレース部材の曲率に対応する曲率を含んでいることを特徴とする請求項４４記載のブレース構造体。
【請求項５１】
少なくとも１体の鋳造構造装置のそれぞれの降伏アームは、ブレース部材が端部接合部に向かって、または前記端部接合部から離れて移動するときに撓降伏するように作動可能であることを特徴とする請求項４４記載のブレース構造体。
【請求項５２】
ブレース構造体は、ブレース部材の先端を枠材に取り付けるための手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項４４記載のブレース構造体。
【請求項５３】
構造装置は、鋳造構造装置であることを特徴とする請求項４４記載のブレース構造体。
【請求項５４】
構造装置は、動的荷重の際にブレース部材と構造枠材とを損傷から保護するように機能することを特徴とする請求項４４記載のブレース構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築産業において使用する構造部材に関する。特に本発明は、地震対策で使用される鋳造構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
優先権
本願は、２００７年５月１５日出願の米国仮特許願６０/９１７６５２の優先権を主張する。
【０００３】
多くの建造物は、横方向の安定性を提供するために対角状のブレース（筋交い）を利用する。特に、構造物の横方向の堅牢性を増加させ、建築費を削減する目的で利用される。このような補強形態では、激しい地震の際のごとき動的荷重時の地震エネルギーを減衰させるために、１体以上の犠牲降伏（撓変形）ヒューズ要素が活用される。
【０００４】
このような犠牲降伏ヒューズ要素は、従来型の横方向荷重抵抗システムよりも優れた地震対策性能と、地震荷重吸収特性とを提供するために選択されている。
【０００５】
例えば、ファニュッチ他の米国特許６５３０１８２及び米国特許６７０１６８０は、スペーサと、スリーブの構造体によって包囲された中央ストラットを有した地震エネルギー吸収ブレースについて述べている。
【０００６】
同様に、パウェル他の米国特許６８３７０１０及び米国特許７０６５９２７並びに米国特許出願公開２００５/０１０８９５９は、外殻部、封入部材及び降伏芯部を含んだ地震ブレースついて述べている。
【０００７】
ブレース装置に関しては、米国特許７１７４６８０及び米国特許出願公開２００１/００００８４０においても開示されている。
【０００８】
これら従来システムの大部分は、降伏部材と共に使用される屈曲防止装置を必要とする。さらに、それらシステムは、一般的には、鋼鉄プレートで製造され、鋳造製品ではない。また、それら従来技術のシステムは、縦方向（軸方向）に降伏する部材を利用するが、過度の非弾性的歪（変形）によって引き起こされる破損に対して、従来よりも抵抗力を有する理由により降伏要素を使用することが有利である。
【０００９】
ホワイトの米国特許４８２３５２２、スコールの米国特許４９１０９２９及びツァイとリーの米国特許５５３３３０７は、全て、梁材の中央に配置され、地震荷重モーメント抵抗枠材に減衰特性及び堅牢性を付与するために使用される鋼鉄製降伏ヒューズ要素を解説する。
【００１０】
それらエネルギー減衰要素は、一般的に、三角形状に加工され、堅牢な基礎部に溶接又はボルト留めされる鋼鉄板で形成される。さらに、これらヒューズ要素は、一般的に逆Ｖ型ブレース枠材の上方ブレースの中央に設置される。従って、これらヒューズ要素の降伏は、枠材の内部階状変位によって制御される。しかし、内部階状変位ではなくてブレースの伸張に関わる降伏要素は、現行の建築様式において容易に利用が可能である。
【００１１】
別な従来のヒューズシステムである減衰製品“ＥａＳｙダンパー”は、ブレース要素の地震特性を改善するために複雑な構造の装置を利用する。この装置では、ブレースの軸方向の降伏及び屈曲を、穴開き形状の堅牢な鋼鉄板の撓変形とせん断変形との組み合わせで置換することでブレース要素の地震性能を改善する。これら鋼鉄板の形状は、降伏要素の定曲率を提供しない。よって不都合な歪集中が発生する。
【００１２】
上述の従来技術システムは、両方とも面倒な切断加工及び溶接加工を必要とする。さらに、現在利用が可能なロール状である鉄板製品の限定された形状は、そのような装置に必須な降伏要素の可能な幾何形状の範囲を限定する。
【００１３】
撓変形降伏要素の幾何形状を自在に制御することは、ヒューズが降伏する作用力のみならず、ヒューズの弾性及び予後降伏抵抗性の制御並びにヒューズの降伏開始と関連する変位の制御も可能にする。鋳造技術によって、さらに良い性能のヒューズも設計して製造することができる。さらに、自由な幾何形状の制御は、現存する鉄骨建造物及び建築様式において、従来よりも容易に利用が可能な部品の設計を可能にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記内容に鑑み、改善された動的荷重用の降伏ヒューズ部材が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、降伏ヒューズ装置及び降伏ヒューズ装置を含んだブレース構造体に関する。
【００１６】
１実施形態において、本発明は、構造枠材用のブレース構造体で使用される構造装置に関する。このブレース構造体は、ブレース部材を含んでいる。この構造装置は、ブレース部材を受領してブレース部材に接続されるようにデザインされた第１端と、構造枠材に接続されるようにデザインされた第２端と、偏心した降伏アームとを含んでいる。ブレース部材の動作を軸方向のみに規制することで不安定な揺動タイプの崩壊は防止される。好適には、降伏アームは、過度の非弾性歪による早発破損を発生させる局部的降伏ではなく、降伏アーム全体を降伏させるようにテーパ加工されている。
【００１７】
別の実施形態では、本発明は、構造枠材のためのブレース構造体において使用する構造装置に関する。このブレース構造体は、ブレース部材を含んでいる。この構造装置は、ブレース部材を受領してブレース部材に接続されるようにデザインされた端部と、ブレース部材により提供される軸から離れた本体部とを含む。この本体部は、中央軸方向に延びる複数の偏心降伏アームを含む。これら降伏要素は、構造枠材に接続されるようにデザインされた上部を含む。
【００１８】
有利には、構造装置の降伏要素は、鋳造製品である。従って降伏特性は、降伏アームの断面と幾何形状とを縦方向で変えることで細かく制御可能である。さらに、本発明の降伏装置は、ブレースの引張力及び圧縮力の両方の作用下でブレース構造体を降伏させるように機能する。このように降伏装置は、撓変形的に降伏するため、過度の非弾性歪による破損は、発生しにくくなる。複数の降伏装置をそれぞれのブレース構造体に使用することができ、機能の拡張性が提供される。
【００１９】
本発明のさらなる特徴は、以下の本発明の詳細な説明を通じて明らかとなるであろう。
【００２０】
以下に添付図面を利用した本発明の好適実施例の詳細な説明が例示として提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材の斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材の側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材の上面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材の底面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材の第２端の端面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材の第１端の端面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施例による２体の降伏ヒューズ部材の分解斜視図であり、ブレース部材及びガセット板とが整合状態で図示されている。
【図４Ａ】図４Ａは、標準ブレース枠材内に存在する本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材の側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、標準ブレース枠材内に存在する本発明の第１実施例による図４Ａ中の降伏ヒューズ部材の断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、標準ブレース枠材内に存在する本発明の第１実施例による図４Ａ中の降伏ヒューズ部材の断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、標準ブレース枠材内に存在する本発明の第１実施例による図４Ａ中の降伏ヒューズ部材の断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、非変形状態の本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体を図示する。
【図５Ｂ】図５Ｂは、引張力による降伏状態である本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体を図示する。
【図５Ｃ】図５Ｃは、圧縮力による降伏状態である本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体を図示する。
【図６】図６は、本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の側面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の上面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の底面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の第２端の端面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の第１端の端面図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施例による２体の降伏ヒューズ部材の分解斜視図であり、円形中空接合ブレース部材、２枚の接合板、及びガセット板が整合状態で図示されている。
【図９】図９は、本発明の第２実施例による２体の降伏ヒューズ部材の分解斜視図であり、幅広フランジブレース部材、２枚の接合板、及びガセット板が整合状態で図示されている。
【図１０Ａ】図１０Ａは、溶接手段により円形中空構造接合ブレース部材に接続され、ボルト手段により２枚の接合板に接合されている標準ブレース枠材内に存在する本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の接合領域の側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａの本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の接合領域の断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図１０Ａの本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の接合領域の断面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、図１０Ａの本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の接合領域の断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、ボルト手段により幅広フランジ接合ブレース部材に接合され、ボルト手段により２枚の接合板に接合されている標準ブレース枠材内に存在する本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の接合領域の側面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａの本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の接合領域の断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１１Ａの本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の接合領域の断面図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、図１１Ａの本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の接合領域の断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、非変形状態の本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体を図示する。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、引張力による降伏状態である本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体を図示する。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、圧縮力による降伏状態である本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体を図示する。
【図１３】図１３は、本発明の第１実施例による、幾つかの非弾性変形サイクルが荷重された降伏ヒューズ部材の非線形有限要素解析で得られたヒステリシスプロット図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施例の降伏アームによる、周期的に変形したテーパ加工された鋳造鋼製降伏アームの実験で得られたヒステリシスプロット図である。
【図１５】図１５は、本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材の非線形有限要素解析で得られた静止過重に対する変位のプロット図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２実施例の降伏アームによるテーパ加工された鋳造鋼製降伏アームの実験で得られた静止荷重に対する変位のプロット図である。
【図１７】図１７は、本発明の第１実施例による降伏ヒューズ部材の非線形有限要素解析により得られる塑性歪の特徴を図示する。
【図１８】図１８は、本発明の第２実施例による降伏ヒューズ部材の非線形有限要素解析により得られる塑性歪の特徴を図示する。
【００２２】
以下の解説と図面は、本発明の理解を助けるための説明のみを目的としており、本発明の限定は意図されていない。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の降伏ヒューズ装置は、主として軸方向荷重部材のために大量受注製鋳鋼または他の鋳造金属装置として特に有用である。この装置は、中空構造接合部材、パイプ及びＷ型接合部材のごとき他の形状の構造接合部材と共に使用できる。この装置は、激しい地震荷重のごとき巨大動的荷重等の動的荷重に曝されるブレース枠材内で降伏ヒューズとして機能するように設計されている。この装置は、動的エネルギーの大半を吸収することで動的荷重（すなわち地震）の際にブレース部材と構造枠材とを大きな損傷から保護するように機能する。
【００２４】
この“動的荷重”とは、反復サイクルで来襲する引張力と圧縮力で降伏変形をもたらす荷重のことであり、（過度強度又は二次効果による）大きな非弾性歪に降伏ヒューズが到達したときに予想される強度の増加を含む荷重のことである。この装置は、エンドコネクタに一体化させることも、ブレース部材内に仲介的に設置することもできる。この装置は、生産ラインが予想されるブレース力範囲をカバーするために十分な数と強度のコネクタを含むよう、異なる荷重でそれぞれ降伏変形する大量生産の標準型製品のラインを提供するように使用できる。
【００２５】
本発明の装置は、典型的なブレースの軸方向引張力による降伏変形と非弾性屈曲変形を、特別に設計された降伏要素アームの主たる撓変形に置換することで機能する。この装置は、鋳造製品であるため、ヒューズと鋳造金属の降伏要素の幾何形状は、降伏アームが降伏力、堅牢性及び延性の最良の組み合わせを提供するように特に設計することができる。これら装置は、安定した状態で降伏するようにも設計されている。
【実施例】
【００２６】
本発明の構造的に降伏する構造降伏装置の第１実施例は、図１から図５にかけて図示されている。降伏装置１０は、ブレース部材２２を受領し、例えば溶接によってそのブレース部材に接合されるようにデザインされている第１端１２と、ブレース構造体の端部接合部２４に接合されるように設計されている第２端１４と、少なくとも１本の屈曲降伏アーム１６とを有している。
【００２７】
図示のように、第１端１２と第２端１４は、ブレース部材２２によって提供される同軸内に存在する。図示のようにブレース部材２２は、筒状であってもよく、第１端１２は、ブレース部材の曲率に対応する曲率を含むことができる。
【００２８】
降伏装置１０の別の実施例は、例えばＷ型接合タイプのブレース部材２２を受領する形状である第１端１２を含むことができる。降伏装置１０の第１端１２での接合は、地震のごとき動的荷重の最中に起きるであろう降伏アーム１６の周期的非弾性変形時に発生する軸方向のせん断力及び撓変形力に対抗するために十分な強度を必要とする。このような設計は、大抵の構造鋼材設計基準で解説されている良く知られた地震対策設計法に従って実行されるべきである。この方法の主旨は、降伏要素が自身の耐久強度を超える変形力を受けたときに構造物の全部材を保護することである。
【００２９】
本発明の１実施例では、第１端１２は、ブレース部材２２に溶接されている。降伏アーム１６は、ブレース部材２２により提供された軸からは離反している。すなわち降伏アーム１６は偏心状態である。その結果、降伏アームは、ガセット板のごときブレース構造体の端部接合部２４に、軸方向力、せん断力及び撓変形力の組み合わせの形態でブレース部材２２の軸方向の作用力を伝達する。
【００３０】
本発明の特別な１特徴によれば、少なくとも１本の降伏アーム１６がテーパ加工されている。このテーパ加工領域は、ブレース部材が軸方向に荷重されたときにアーム全体をほぼ一定の曲率とする。この構造によって、所望する降伏力が達成されると、降伏アームの全長は、１つ又は別々の回動位置での降伏変形ではなく変形する。これで降伏アームの歪が低減され、非弾性荷重時に尚早な破損の可能性が大きく減少する。例えば、図４Ｄで示すような方形断面のごとき異なる断面が降伏アーム１６に提供される。降伏アーム１６は、弱い断面の撓変形軸の周囲で湾曲するように配向位置が設定されるべきである。これで不安定な平面脱出型の横方向捩れ屈曲降伏現象が排除される。
【００３１】
図３で示す特別な１実施例によれば、構造枠材のためのブレース構造体２８は、ブレース部材２２と、少なくとも２つの降伏構造体とを含む。
【００３２】
このブレース構造体は、例えばガセット板である構造体端部接合部２４と、例えば第２ガセット板２６、標準溶接されたもの又はボルト締めされたもの（ボルト形態は非図示）であるブレース部材２２の先端を接合する手段とをさらに含む。第２端１４は、例えばガセット板２４であるブレース構造体端部接合部に取り付けるための複数穴２０を有した１以上のフランジ部１８を含む。１以上のフランジ部１８の複数穴２０は、ガセット板２４の複数穴の位置に対応し、第２端１４をガセット板２４にボルトによって固定させる。
【００３３】
本発明の１実施例では、２つのフランジ部１８が両側に存在する。それぞれのフランジ部１８は、ブレース構造体２８として組み立てられるとガセット板２４の片側上に配置される。フランジ部１８、ボルト及び構造体端部接合部２４は、動的荷重時に発生する降伏アーム１６の周期的非弾性変形時に降伏アーム１６が発生させる軸方向力、せん断力及び撓変形力に対抗する最低強度の提供を必要とする。これら要素のデザインは、大抵の構造鋼材設計基準で解説されている良く知られた地震対処設計法に従って実行されなければならない。
【００３４】
２つの降伏装置１０は、ブレース構造体２８で利用され、圧縮力又は引張力による軸方向荷重時に対称的に降伏変形する。しかし、専門家であれば３以上の降伏装置１０を含んだ他の対称形態も可能であることを理解するであろう。
【００３５】
本発明の別な特徴によれば、降伏装置１０は、規制手段を含み、ブレース部材２２を軸方向にのみ運動させ、不安定な崩壊メカニズムを妨害する。すなわち、降伏アーム１６の崩壊メカニズムを妨害する。例えば、図４Ｂで示すように、第２端１４は、フランジ部１８に隣接する湾曲部を含む。この湾曲部は、ブレース部材２２の運動を軸方向のみの運動に規制する。さらに、ブレース部材２２は、スロット２３を含むことができる。このスロット２３は、ブレース部材２３をガセット板２４上で軸方向に自由滑走させ、さらにブレース部材２２の平面回転を規制する。スロット２３は、動的荷重時に予想されるブレース変形の少なくとも２倍である引張力と圧縮力の軸方向ブレース変位に対処できるよう十分に長く提供される。予想されるブレース変形は、一般的な地震対処設計基準に記載されている地震荷重下の構造物解析から導き出せる。これは、軸方向にブレース変形を規制する方法のほんの１例である。専門家であれば所望する結果を達成するための多数の方法が存在することを承知しているであろう。
【００３６】
図４Ａで示すように、１又は２以上のブレース構造体２８が構造枠材３０の補強に利用できる。ブレース構造体２８に含まれる降伏装置１０は、降伏アーム１６の撓降伏を通じて動的荷重から発生するエネルギーを衰退させる。降伏装置１０の接合部である第１端１２と第２端１４は、地震又は他の動的荷重時に弾性を維持することが意図されている。鋳造プロセスで提供される大量生産のための機会を利用するため、第１端１２は、ブレース部材２２の範囲に取り付けるように設計されている。
【００３７】
図４Ｃで示すように第１端１２は、ブレース部材２２の外面の曲率に合致する曲率を有するが、変動壁厚である中空構造接合部と共に使用することもできる。
【００３８】
図５は、引張力と圧縮力による降伏変形における降伏ヒューズ構造体の変形（変位）を図示する。
【００３９】
本発明の降伏ヒューズ装置の第２実施例は、図６から図１２にかけて図示されている。この場合、構造降伏装置３２は、ブレース部材２２を受領してそのブレース部材２２に接合されるようにデザインされた端部３４と、ブレース部材２２が提供する軸から離反して配置されている本体部３６とを含む。本体部３６は、軸方向に延びる複数の撓降伏アーム３８を含む。これら降伏アーム３８は、基部３９と上部４０とを含む。この降伏装置３２は、降伏アーム３８に撓塑性関節部の形成を介して地震エネルギーのごとき動的荷重時に発生するエネルギーを減衰させるように機能する。１又は２以上の接合板４２を利用して降伏アーム３８の上部４０を保持する。これら接合板４２は、接合板４２のスロット穴と、降伏アーム３８の上部４０の穴とを通過するボルトによって上部４０を保持することができる。これで降伏アーム３８の上部４０を接合板４２に対して回転及び平行移動させて降伏アーム３８の激しい軸方向力の展開を回避させる。
【００４０】
別の実施形態（図示せず）では、降伏アーム３８の上部４０は、接合板４２のスロット穴によって直接的に規制される中実状筒体の形態で鋳造できる。それら両方の場合に、ボルト又は中実状筒体及びそれらのスロットは、降伏アーム３８が地震のごとき動的荷重時に予期される周期的非弾性変形に曝されているときに弾性を維持し、その変形を最小限度に抑えるために十分な強度を有することが必要である。
【００４１】
降伏アーム３８は、降伏アームの全長に亘って降伏変形させるようにテーパ加工されており、ブレース部材２２の軸とは、偏心状態に提供されている。本発明の１特徴では、降伏アーム３８は、その厚み方向ではなく高さ方向にテーパ加工されている。降伏アーム３８の基部３９と上部４０の両方でテーパ程度は変化しており、基部３９と上部４０は、厚み方向と高さ方向の両方で厚みが増しており、降伏変形が計算されたテーパ部３８内に収まるようにしている。
【００４２】
降伏装置３２の端部３４は、図８の場合には筒状であるブレース部材２２の形状に対応する形状を含んでいる。従って、第１端３４の形状は、ブレース部材２２の曲率に対応する曲率となっている。降伏装置３２の第１端３４での接合部は、降伏アーム３８の非弾性変形時にその接合部に発生すると予想される軸方向のせん断力及び撓変形力に対抗するのに十分な強度を有することが必要である。鋳造プロセスで提供される大量生産の機会を利用するため、第１端３４は、ブレース部材２２の範囲に取り付けられるようにデザインされている。
【００４３】
図８と図１０Ｂで図示されている実施例では、第１端３４は、ブレース部材２２の外面の曲率に合致する曲率を有するが、変動壁厚である中空構造接合部と共にでも利用が可能である。
【００４４】
装置３２が適切に機能するためには、本体部３６がテーパ加工された降伏アームの周期的非弾性変形時に確実に弾性を保つように釣り合っていることが必要である。本体部３６の断面は、図１０Ｃと図１１Ｃに示す“Ｔ”断面から変化することができる。本体部３６の断面は、鋳造性を向上させる形状としつつ部品の重量を最良に最小化させなければならない。本体部３６は、また、動的荷重時に予想される最大の軸方向ブレース変形の少なくとも２倍である隙間４６を残すようにブレース部材２２の端部を十分に越えていなければならない。予想されるブレース変形は、一般的な地震対処設計基準に記載されている地震荷重下の構造物解析から導き出せる。同様にして、接合板４２は、構造降伏装置３２とガセット板２４の端部との間に隙間４８を提供するようにガセット板２４の端部を越えて延びている。
【００４５】
端部接合ガセット板２４と接合板４２は、ボルトによって接合板をガセット板に固定させるようにそれぞれ対応する穴を有しており、接合板の穴は、装置の降伏状態時に降伏アーム３８の上部４０を平行移動および回転させるようにスロット形状である。
【００４６】
図１０Ｃと図１１Ｃでは、接合板４２は、降伏要素３８の上部４０を保持するために２つの部分を両側に含んでいる。接合板４２は、図９に示すような鋳造鋼鉄要素か、または図８に示すようなロール状鋼鉄製品でよい。いずれの場合にも接合板４２と接合部は、動的荷重時に発生するであろう、降伏アーム３８の周期的非弾性変形時に発生する周期的な軸方向の引張力と圧縮力に対応するために弾性と剛性を維持する設計でなければならない。
【００４７】
図８に示す特別な１実施例によれば、ブレース構造体４４は、ブレース部材２２と、少なくとも２つの降伏装置３２と、ガセット板のような構造体端部接合部２４とを含んでおり、この構造体端部接合部は、接合板４２を含み、さらに、例えば第２ガセット板であるブレース部材２２の先端を接続する手段を含んでいる。
【００４８】
１形態によれば、図１０Ａと図１１Ａに示すように２つの降伏装置３２がブレース構造体４４で利用され、過激な軸方向荷重時に対称的に降伏変形させる。しかし、専門家であれば３以上の降伏装置３２を含んだ他の対称形態も可能であることを理解するであろう。
【００４９】
引張力または圧縮力の両方での対称降伏反応を促すため、ブレース構造体４４に２つの降伏装置３２を提供することができる（図１０参照）。接合板４２によって提供される規制のため、ブレース構造体４４は、ブレース部材２２の軸によって提供される略軸方向にのみ降伏することが理解できよう。換言すれば、接合板４２によって提供される規制は、ブレース構造体４４の平面脱出型屈曲現象を抑制する。
【００５０】
降伏アーム３８は、ブレース部材２２の軸に対して直角であってもなくてもよい。降伏アーム３８の傾斜は、システムの弾的堅牢性を向上させるであろう。
【００５１】
本発明の降伏ヒューズ装置を有限要素解析と実験によって試験した。
【００５２】
図１３は、本発明の第１実施例による降伏装置１０のヒステリシス反応を示し、図１４は、本発明の第２実施例による降伏装置３２のヒステリシス反応を示す周期的荷重変位プロット図である。
【００５３】
図１５と図１６は、圧縮力作用下および引張力作用下における降伏装置ヒューズ１０と３２の実施例の反応を示す静止荷重変位プロット図である。
【００５４】
図１７と図１８は、降伏装置１０、３２の実施例における数値シミュレーションから得られた等価（Ｖｏｎ-Ｍｉｓｅｓ）塑性歪分布を図示している。
【００５５】
本発明のその他の実施例も言うまでもなく可能である。例えば図９と図１１Ａに示すように、本発明の降伏ヒューズ装置をボルト（図示のごとく）または溶接（図示せず）の手段で中空構造接合部材の代わりにＷ型接合部材に接合することもできる。降伏装置のアーム数の変更、降伏アームの幾何形状の変更、溶接、ボルトまたはガセット板等の仲介接合部を１以上含むもの等のその他の手段による降伏アーム、ブレース部材および構造枠材間の接合手段の変更、並びに異なる形状および寸法のブレース部材を用いること等のその他の変更も可能である。
【００５６】
専門家であれば、本発明の降伏装置が多様な材料で鋳造できることを理解するであろう。特に鋳造可能な鋼鉄等のあらゆる鋳造材料が利用可能である。例えばＳｉ含有量が０．５５重量％以下であるＡＳＴＭ  Ａ９５８グレード  ＳＣ８６２０クラス８０/５０鋼鉄が降伏装置に適した材料であろう。ＡＳＴＭ  Ａ２１６/Ａ２１６Ｍ  ＷＣＢおよびＡＳＴＭ  Ａ３５２/Ａ３５２Ｍ  ＬＣＢもまた適しているであろう。これらの品質の材料を用いることによって降伏装置を確実に溶接可能な基礎金属とすることができる。特定の利用法に必要な特性に応じて、鋳造には、異なる合金や異なるタイプの鋼鉄も利用することができる
【００５７】
前述の説明は、単に本発明の例示である。専門家にとって、本発明の例示形態が多様変更可能であることは明白であり、このような変更は本明細書中で明確に説明されていてもいなくても本発明の範囲内である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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