專利名稱：用于工字梁端部幾何穩(wěn)定的方法及結(jié)構(gòu)的制作方法
用于工字梁端部幾何穩(wěn)定的方法及結(jié)構(gòu)背景技術(shù)瓦發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定方法，端部安裝部件被精確定位并焊接到結(jié)構(gòu)工字梁的端部的橫(橫過長軸)斷面輪廓(footprint)，以準備用以在精密 建筑框架結(jié)構(gòu)中連接梁到支柱的側(cè)面。為了說明的目的，描述了實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選及最佳方式，也稱作為與 利用梁端部安裝部件的梁到支柱的連接有關(guān)的方法，連同特殊的、系式 (collar - based)、支柱/梁安裝或者互相連接的系統(tǒng)，對此本發(fā)明的實現(xiàn) 已提供了特殊用途。該系統(tǒng)描述在在先提交的、目前待審的，序列號 90/943711，在2001年8月30日提交的美國專利申請"Moment-Resistant Building Frame Structure Componentary and Method"中。在本文中僅作為背 景技術(shù)，在此引入該專利申請的公開內(nèi)容以作參考。該在先申請公開的互 相連接的系統(tǒng)中使用的部成部件在本文中以解釋本發(fā)明的本質(zhì)、原理和操 作的程度來進行說明和描述。典型的是用于結(jié)構(gòu)的、多層建筑框架的水平梁形成帶有工字梁橫斷面 輪廓或者構(gòu)型。如將變得明顯的是，本發(fā)明可與任何梁"斷面"結(jié)合，在 本文以已知可對其提供特別效用的工字梁構(gòu)型作為背景來闡釋本發(fā)明。因 此，本文特定提到的工字梁應(yīng)當理解為也指本發(fā)明的實施可對其具有效用 的其它梁斷面構(gòu)型。另外典型的是，在梁例如工字梁的初始軋制和制作過程期間，當著梁 從加熱的軋制和制作工序冷卻時，可能發(fā)生一定量的橫斷面構(gòu)型的扭曲或 者變形。在工字梁的例子中，該變形通常包括一個或全部梁翼(flange) 的角位置脫離設(shè)計的或者期望的相對于中心腹板的直角、或者平行平面狀 態(tài)。由于多種原因形成的這種變形是不期望的。 一個重要原因包括對于安裝在緊公差(close-tolerance)、精密建筑結(jié)構(gòu)中的梁的精確準備問題。在 這種情況下，彎曲斷面的梁可能會產(chǎn)生問題。這是本發(fā)明的方法可以成功 而且簡單地解決的變形，從而"掃清道路"以使其它常規(guī)軋制或者制作的 梁能成功且無問題地以精確安裝模式進行建筑框架裝配。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選和最佳實施方式，對于每個梁端部，所提出的梁端 部"輪廓校正"穩(wěn)定，包括步驟(a)構(gòu)型上校正以及捕獲(capture) 這樣一種梁的端部橫向輪廓，所述梁具有外部結(jié)構(gòu)來鎖定該輪廓以防止之 后的構(gòu)型的改變，以及(b)在這樣捕獲的同時，焊接該端部橫向輪廓到 梁端部安裝部件。另一種表達本發(fā)明的方法是，描述其為包括步驟(a)確保在所提 到的梁端部呈現(xiàn)具有界定的凸形連接部分的構(gòu)型正確的橫斷面，(b)在 梁端部安裝部件的連接側(cè)面，形成至少部分的、匹配斷面的凹形接納結(jié)構(gòu)， 或者接納裝置，其適于貼合地互補地接納所提到的梁端部的校正斷面的凸 形連接部分，(c)將該梁端部凸形連接部分插入梁端部安裝部件的凹形 接納結(jié)構(gòu)，以在梁端部與梁端部安裝部件之間產(chǎn)生焊接平衡的 (weld-poised)、捕獲的狀態(tài)，以及(d )在保持該焊接平衡狀態(tài)的同時， 在梁端部與梁端部安裝部件之間產(chǎn)生焊接。在本文具體公開的本發(fā)明的實施中，上面提到的凹形接納結(jié)構(gòu)，可認 為是一種接納凹處，其形成在參考的、在先提交的專利申請中所描述的相 互連接的系統(tǒng)中使用的梁端部部件的一側(cè)面(稱作連接側(cè)面)。隨著詳細的說明書，下面將連同附圖可看到，本發(fā)明的不同特征及優(yōu) 點將完全顯現(xiàn)。


圖1示出了工字梁的端部的部分側(cè)視圖，其是傳統(tǒng)的，除了作為本發(fā) 明的實施的一部分所做的特定的梁端部的焊接前準備之外。該圖中沒有示出梁的扭曲。
圖2示出了沿圖1中2-2線截取的圖1的工字梁的橫斷面視圖。圖 2中的實線示出了為該梁的橫斷面輪廓期望的合適的設(shè)計構(gòu)型，而虛線是 用夸大的形式來說明可能的由最初軋制或者制作所產(chǎn)生的扭曲/變形狀 態(tài)，該扭曲/變形根據(jù)本發(fā)明的實施被校正或者處理。
圖3A和圖3B表示了按照在先提交的專利申請的上述參考公開內(nèi)容 所構(gòu)造的精確支柱側(cè)的以及梁端部系式(collar-form)的互相連接部件的 "配合面"、或者側(cè)面，這些在此提供以作特殊裝置的說明，其中本發(fā)明 的實施提供特定效用。
圖4以比圖3B更大的比例示出了梁端部安裝部件的準備面(與圖3 B 中所示的面相對)("連接側(cè)面")，其已經(jīng)準備好焊接到梁的端部，例 如圖1和圖2中所示的梁的端部。
圖5示出了沿圖4中的5-5線截取的視圖。
在圖4和圖5中，三點劃線(dash-triple-dot)示出了連接到所說明的 梁端部安裝部件的工字梁。
圖6為有些示意的部分側(cè)視圖，說明了利用夾具的本發(fā)明的實施，其 將在下文中描述。
圖7示出了沿圖6中的7-7線截取的視圖，以比圖6使用的比例稍 大的比例來表示并順時針旋轉(zhuǎn)90度。
發(fā)明詳述
如前面提到的，本發(fā)明的優(yōu)選和最佳實施方式相對于一般傳統(tǒng)的細長 工字梁來描述和說明，如將要簡短解釋的，所述工字梁的相對的端部被輕 微改動。然而應(yīng)當理解，盡管這里本發(fā)明的描述是以一種工字梁為背景來 表述的，以及如本文中之前所敘述的，其它類型的梁也可很容易地適用。
在圖1和圖2中，大致在IO處示出"近似"傳統(tǒng)的細長工字梁的端部。術(shù)語"近似"的使用將會做以簡短解釋。所述梁包括中心腹板IO旦， 以及基本分別平行的平的上、下梁翼10h， ioe。腹板10&,以及梁翼10b, 10^基本上是平的，腹板10§_的平面示出在10§,，梁翼10b， IO丄的平面分 別示出在10^, 按照期望的設(shè)計，平面10&與平面10hi， 10^以直
角相交。
在圖2中的實線中，示出了梁IO的期望的設(shè)計(正確)橫斷面構(gòu)型/ 輪廓。在圖2中的虛線中，可以看到該構(gòu)型以夸大的方式成角度地扭曲或 者變形。該扭曲一般說明了可能存在于傳統(tǒng)方式獲得的結(jié)構(gòu)工字梁中所不 期望的制作變形類型。
圖l和圖2示出，在本發(fā)明中提到的同時作為"確保"步驟以及焊接 前準備步驟的步驟中，對于梁IO在10旦2處產(chǎn)生了軸向凹進區(qū)。該凹進區(qū) 連同作為結(jié)果的、梁翼的軸向"凸出"部分，構(gòu)成了本文所提到的、梁 10的所說明的端部的所界定的凸形連接部分。如將變得明顯的是，實施 本發(fā)明的另一種變更方式中，可以無需產(chǎn)生所提到的腹板凹進區(qū)而實現(xiàn)確 保呈現(xiàn)合適的梁端部凸形連接部分的步驟。梁10的相對端部(未示出) 是以同樣方式準備的。正是由于在處所示的"準備，，，在本文前面 使用了術(shù)語"近似"。
轉(zhuǎn)為關(guān)注圖3A和圖3B,圖3A示出的是梁適應(yīng)連接部件12,所述 連接部件12在該圖中適合地連接(如通過焊接)到空心的或者管狀的、 方形斷面梁14的面14§。形成在部件12的、面向圖3A中的 見察者的面 上的是凸形夾板12§，甚朝觀察者凸出，包括下倒角(under-beveling)的 上邊界和側(cè)邊界，如虛線12丄所示。
圖3中16處所示的是互補的梁端部安裝部件，其根據(jù)本發(fā)明的實施 固定在梁的端部，例如圖1和圖2中所示的梁10的一端。位于該部件的、 面對圖3B的觀察者的面中的部件16,包括成形的凹形溝槽16§，該凹形 溝槽適合地、完全互補地接納前面提到的夾板12§。通過部件12與16之 間互補的互相連接，梁的一端部可被連接到支柱，例如支柱14。圖3B中的虛線IO示出的是梁IO的橫斷面或者輪廓，圖示好像梁10 連接到圖3B中部件16的遠側(cè)面，而梁的長軸遠離觀察者而延伸，且一 般垂直于圖3B的平面。隨著部件16連接到該梁端部，如將筒要描述的， 通過部件16與部件12 (見圖3A)之間的相互接合，所關(guān)聯(lián)的梁將最終 連接到支柱，例如支柱14。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)為關(guān)注圖4和圖5,這里我們看到稍;微更詳細的梁端部安裝部 件16，這一次是(圖4中)部件的、要與梁連接的側(cè)面面對觀察者。該 側(cè)面是上文剛提到的部件16的不可見的、或者遠的側(cè)面，如圖3B所圖 示。在圖4和圖5中，關(guān)于其與部件16的連接關(guān)系，梁10—般以三點劃 線圖示。
兩個去除材^f牛區(qū)域16bJi當形成于部件16的下述面上或者面內(nèi)，所 述面面向圖4中的觀察者，且在圖5中面向下。區(qū)域16^在文中總稱為凹 形接納結(jié)構(gòu)，其分別作為凹形連接部分和凹形梁翼結(jié)構(gòu)接納區(qū)。這些區(qū)域 具有清楚地示出在圖4和圖5中的形狀，如可以看到，區(qū)域16^界定了合 適的接納架或者座，旨在接納梁IO的梁翼10b、 10^的凸出端，腹板10旦 沿所述部件位于區(qū)域16^之間的表面區(qū)域而直接靠著部件16。
另一種產(chǎn)生凹形接納結(jié)構(gòu)的方法，可在梁端部部件的合適的面中產(chǎn)生 開槽區(qū)域，其容納臨近梁端部的梁翼以及延伸在這些梁翼之間的中心腹板 的端部。
按照本發(fā)明的實施，在準備的梁端部與準備的梁端部安裝部件的互補 裝配之前，適當?shù)剡M行"確保"以校正梁的設(shè)計端部橫斷面或者輪廓的不 準確。在工字梁的例子中，例如工字梁10在制作產(chǎn)生變形或者扭曲時， 如圖2中的虛線示出的，可以實施適合的^f交正，例如，通過施加壓縮夾緊 力到梁翼10b 10^ (見箭頭17,如圖2圖示的右邊)"張開，，部分，以 使兩個梁翼成合適的平行平面，并達到其標稱平面10^、 10&以直角與腹 板平面10&相交的狀態(tài)。隨著這種校正行為的執(zhí)行，且同時合適的橫斷 面構(gòu)型得以"保持"，"校正"的梁端部互補地、貼合地且"被捕獲"地與梁端部安裝部件的凹形-準備側(cè)面裝配。該互補的裝配在所關(guān)聯(lián)的梁端 部與梁端部安裝部件之間產(chǎn)生焊接平衡的、穩(wěn)定的位置關(guān)系。隨著梁IO相對于部件16的這種定位，可以觀察到梁的橫斷面或者輪 廓有效地被捕獲并且鎖定以防止橫向的扭曲。且隨著梁端部從而相對于梁 端部安裝部件16的合適地平衡， 一般存在18處所示的空間凹處以在要焊 接梁端部到梁端部安裝部件時產(chǎn)生熔融焊池。區(qū)域18在部件16中的存在 以及用途在另一之前提交的目前代審的序列號為10/699， 759的美國專利 中詳盡描述，所述專利申請由RobertJ.Simmons于2003年11月3日提交， 題目為"Beam End Weld Preparation"。雖然此焊池結(jié)構(gòu)不形成本發(fā)明的 部分，但作為用于理解本申請的附圖中所示內(nèi)容的背景的目的，在此引入 剛剛所提到的在先提交的美國專利申請的全部公開內(nèi)容以作參考。隨著梁端部因而相對于梁端部安裝部件16的如所描述的焊接平衡狀 態(tài)，梁端部輪廓橫斷面在焊接所述梁端部到梁端部安裝部件時不會(a) 回到變形，或者(b)重新變得橫向扭曲。圖6和圖7說明了一種示意的方法，通過該方法可以執(zhí)行梁端部與梁 端部安裝部件的焊接連接。這里，在20處部分地和一般地示出用于實現(xiàn) 該行為的夾具結(jié)構(gòu)、或者梁接納夾具，包括框架22,其上安裝有彈簧偏 置的可側(cè)向移動的偏動元件24。元件24通過偏動彈簧26來偏動，偏動 彈簧26趨向于相對于框架22推動元件24向圖6中的右側(cè)運動，如一般 在圖6中的箭頭27所表明。28 (以虛線示出)，其被合適的偏動彈簧30 —般相對于元件24以箭頭 32 (見圖6)的方向而推動。隨著梁端部恰當互補地與梁端部安裝部件16相裝配(安裝成互聯(lián))， 該組件也與夾具20中的元件28的朝外暴露的部分適當接觸，且偏動彈簧 30產(chǎn)生彈簧偏置引力，該引力傾向于保持所隨后連接的梁端部安裝部件 緊靠在夾具中的可移動元件24。夾具20中的元件28的暴露的部分被成形為具有合適的凸形夾板，類似前面提到的夾板12旦，從而實現(xiàn)以及適應(yīng)動彈簧26傾向于推動可移動元件24靠著梁與梁端部安裝部件的組件以輔 助于穩(wěn)定。優(yōu)選地，夾具是這樣構(gòu)造的使其具有一對空間隔開的結(jié)構(gòu)裝置，與 圖6和圖7中示意性圖示的很類似，其中類似地準備的以與梁端部安裝部 件焊接連接的細長梁的相對的端部，如一般所描述的將坐落在夾具中。在任何適合的方式中，其可以是由機器人計算機控制，或者手動執(zhí)行， 合適的焊接沿著梁翼的上、下側(cè)面以及沿著梁的腹板的相對側(cè)面進行，從 而使所關(guān)聯(lián)的梁的相對的端部與互補裝配的梁端部安裝部件焊接固定。應(yīng)當理解，有許多可以執(zhí)行這種焊接連接的方式，且本文中部分圖示 的以及一般描述的示意性說明的夾具結(jié)構(gòu)，只是提出了這些多種連接形式 的一種。夾具的確切結(jié)構(gòu)，例如夾具20,并不形成本發(fā)明的任何部分， 因而所述夾具的細節(jié)在本文中沒有詳細闡述。通過實施本發(fā)明，以及實現(xiàn)幾個前文描述的非常簡易且成本不高的步 驟，傳統(tǒng)制作的梁常見的橫斷面變形問題得以成功且確定地解決。該問題 是以這樣一種方式來解決的容易地實現(xiàn)梁端部安裝部件的精確焊接連 接，其允許所關(guān)聯(lián)的梁使用在緊公差的、精密建筑框架構(gòu)造中。包括梁的 端部輪廓"校正"的本發(fā)明的實施，如期望，還可以并且可靠地在梁端進 行計算機控制、自動或者機器焊接。因此，實施本發(fā)明的優(yōu)選方式已經(jīng)在本文中進行描述和說明，應(yīng)理解 可以在不脫離本發(fā)明的精神的情況下做各種變形和修改，而所有這些變形 和修改都被認為包含在本發(fā)明的范圍和精神之中。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于在梁端部安裝部件焊接到細長結(jié)構(gòu)梁的端部期間，校正穩(wěn)定所述細長結(jié)構(gòu)梁的所述端部的設(shè)計橫斷面，所述梁端部安裝部件具有預(yù)定要面對所述端部的連接側(cè)面，所述方法包括確保步驟，其確保在所述梁端部呈現(xiàn)具有界定的凸形連接部分的構(gòu)型正確的橫斷面，形成步驟，其在所述梁端部安裝部件的連接側(cè)面，形成至少是部分、匹配斷面的凹形接納結(jié)構(gòu)，所述凹形接納結(jié)構(gòu)適于貼合地、互補地接納所提到的梁端部的所述校正斷面的凸形連接部分，插入步驟，其將所述梁端部凸形連接部分插入所述梁端部安裝部件的凹形接納結(jié)構(gòu)，以在所述梁端部與所述梁端部安裝部件之間產(chǎn)生焊接平衡的、捕獲的狀態(tài)，以及焊接步驟，其在保持所述平衡狀態(tài)的同時，在所述梁端部與所述梁端部安裝部件之間產(chǎn)生焊接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其設(shè)計成特別用于具有工字梁橫斷 面的梁，所述梁包括中心腹板以及一對隔開的、基本平行的平的梁翼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述確保步驟如需要包括應(yīng)用 校正措施，以建立所述梁的腹板與梁翼之間正確的角度關(guān)系。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述確保步驟包括在所述梁的 腹板中產(chǎn)生軸向凹進區(qū)/接納凹處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述梁端部的斷面由腹板和梁 翼結(jié)構(gòu)界定，且所述形成步驟包括在所述梁端部安裝部件的所述連接側(cè)面 中產(chǎn)生凹形梁翼結(jié)構(gòu)接納區(qū)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其在梁接納夾具結(jié)構(gòu)中執(zhí)行，在焊 接期間利用縱軸向壓縮偏置以輔助穩(wěn)定所提到的焊接平衡狀態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中軸向偏置壓縮通過偏置元件實 現(xiàn)，所述偏置元件設(shè)計用于嚙合所述梁端部安裝部件，且其進一步包括在 焊接期間，在所述梁端部安裝部件與所述偏置元件之間產(chǎn)生彈簧偏動引 力。
8. —種方法，用于梁端部安裝部件焊接連^t妻到細長結(jié)構(gòu)梁的端部期 間，校正地穩(wěn)定所述細長結(jié)構(gòu)梁的所述端部的橫斷面，所述方法包括校正和捕獲步驟，其從構(gòu)型上校正并捕獲下述梁的端部橫向輪廓，所 述梁具有外部結(jié)構(gòu)來鎖定所述輪廓以防止之后的構(gòu)型的改變，以及焊接步驟，其在捕獲的同時，焊接所述端部橫向輪廓到所提到的梁端 部安裝部件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述捕獲步驟由所提到的梁端 部安裝部件執(zhí)行。
10. —種方法，其有關(guān)于利用梁端部安裝部件將梁連接到支柱，所述 方法包4舌焊接前梁端部準備步驟，其產(chǎn)生具有凸形連接部分的設(shè)計正確的橫斷 面，為所述梁端做焊接前準備，焊接前梁端部安裝部件準備步驟，其形成凹形連接部分，其互補于所 述梁端部的所述凸形連接部分，為所述梁端安裝組件做焊接前準備，焊接前組裝步驟，其焊接前組裝形成所述梁與所述梁端部安裝部件的 聯(lián)接以產(chǎn)生焊接平衡狀態(tài)，從而通過所述梁與所述梁端部安裝部件的所述 凸形_凹形聯(lián)接的互補裝配來穩(wěn)定所述梁與所述梁端部安裝部件，以及隨后的焊接步驟，其隨后焊接所述梁與所述梁端部安裝部件起來。
全文摘要
一種方法，用于在梁端部安裝部件焊接到細長結(jié)構(gòu)梁的端部期間，校正地穩(wěn)定所述細長結(jié)構(gòu)梁的所述端部的橫斷面。該方法包括(a)校正和捕獲步驟，其用于從構(gòu)型上校正并捕獲下述梁的端部橫向輪廓，所述梁具有外部結(jié)構(gòu)來鎖定所述輪廓以防止之后的構(gòu)型的改變，以及(b)在執(zhí)行所述捕獲步驟的同時的焊接步驟，其用于將所述梁的端部橫向輪廓焊接到所提到的梁端部安裝部件。
文檔編號B23K31/00GK101296775SQ200580030159
公開日2008年10月29日 申請日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者羅伯特·J·西蒙斯 申請人:羅伯特·J·西蒙斯