含碟簧螺栓组件的柱脚节点

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种含碟簧螺栓组件的柱脚节点。

背景技术

地震作为一种自然灾害，常伴于人类历史发展过程之中，给人们的生命财产安全带来巨大的威胁。地震会向建筑物输入大量能量，若没有合理的耗能和复位机制，则其抗震韧性较低，建筑物则会遭受严重的破坏，发生倒塌等难以修复的损伤。连接作为结构中传力的关键部位，受力状态复杂，在地震造成的往复荷载作用下极易遭受破坏，因此设计合理的连接至关重要。再者钢结构工业化程度高，钢材可以循环使用。历史灾害调查表明，框架结构较多在柱端形成塑性铰，未能实现预期“强柱弱梁”的抗震目标，特别是柱脚区域破坏严重。此外，即使钢梁作为第一道抗震防线出现了塑性铰，由于底层柱脚弯矩明显大于柱顶弯矩，底层柱脚因其较大的弯矩分布仍将不可避免出现塑性铰。由此可见，框架结构容易在底层柱脚产生“柱铰”损伤机制，进而对整体结构产生不利影响。

传统钢柱脚按构造形式一般分为外露式柱脚、外包式柱脚和埋入式柱脚三类，其中埋入式柱脚由于其较强的刚接程度，在多高层钢结构建筑中应用较多，但仍然存在板件局部屈曲而引起强度退化的现象，柱脚可修复性低，结构抗震韧性有待提升。

综上，传统钢柱脚易受到非延性损伤，容易出现屈曲或断裂等破坏，未充分考虑震后修复策略，抗震韧性有待提升。提高柱脚抗震韧性关键在于研发高性能且工程实用的耗能元件和复位元件。目前，现有附加耗能元件的柱脚节点技术方案多数在柱与基础的交界区域外置一些耗能元件，耗能元件与基础连接可能会增加基础构造的复杂程度，外置耗能元件可能占用建筑空间，与现有柱脚外观和受力性能差别均较大，这些都会影响此类节点的工程实用性；现有附加复位元件的柱脚节点技术方案多数采用预应力钢绞线，由于预应力钢绞线的变形能力较小，因此，设计一定变形能力的节点需要较长的预应力钢绞线，此外，钢绞线预应力张拉与施工过程较为复杂，预应力也容易损失，这些也严重影响此类节点的工程实用性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种含碟簧螺栓组件的柱脚节点，具有较高承载能力、自复位能力与耗能能力，残余变形小且震后易修复。

根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点，包括：

下钢柱，所述下钢柱包括第一腹板、第一翼缘和第一端板，所述第一腹板竖向延伸，所述第一翼缘有两个，两个所述第一翼缘分别对应地固定在所述第一腹板的左端和右端，所述第一端板水平固定在两个所述第一翼缘及所述第一腹板的顶端；

上钢柱，所述上钢柱包括第二腹板、第二翼缘和第二端板，所述第二腹板竖向延伸，所述第二翼缘有两个，两个所述第二翼缘分别对应地固定在所述第二腹板的左端和右端，所述第二端板水平固定在两个所述第二翼缘及所述第二腹板的底端；所述上钢柱设置在所述下钢柱上，使得所述第二腹板与所述第一腹板、两个所述第二翼缘与两个所述第一翼缘及所述第二端板与所述第一端板分别一一对应地相对抵接；

碟簧螺栓组件，所述碟簧螺栓组件有多个，多个所述碟簧螺栓组件分布在所述第一腹板及所述第二腹板的前后两侧中的至少一侧，并穿过所述第一端板和所述第二端板以将所述第一端板和所述第二端板可拆卸地紧固；

耗能组件，所述耗能组件有两个，两个所述耗能组件分别设置在所述下钢柱及所述上钢柱的左右两侧，位于左侧的所述耗能组件分别与所述下钢柱左边的所述第一翼缘及所述上钢柱左边的所述第二翼缘可拆卸地连接，位于右侧的所述耗能组件分别与所述下钢柱右边的所述第一翼缘及所述上钢柱右边的所述第二翼缘可拆卸地连接。

根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点，通过碟簧螺栓组件和耗能组件将上钢柱与下钢柱进行连接，在碟簧螺栓组件配合耗能组件一起使用的情况下，一方面可以较好地承担弯矩、剪力和轴力，保证上钢柱与下钢柱之间可以相互传递荷载；另一方面，当上钢柱与下钢柱在震动过程中发生转动时，碟簧螺栓组件可以提供较高的自复位能力，使得上钢柱在碟簧螺栓组件的作用下相对于下钢柱可以自动复位，从而提高了含碟簧螺栓组件的柱脚节点的抗震韧性，减小了震后残余变形；再一方面，当上钢柱与下钢柱之间发生相对转动，可拆卸的耗能组件耗散能量，将地震损伤诱导至耗能组件上，防止上钢柱和下钢柱受损；而对于损坏的耗能组件，震后易拆卸更换，提高了含碟簧螺栓组件的柱脚节点的震后修复能力。

在一些实施例中，多个所述碟簧螺栓组件呈矩阵分布并且相对于所述第一腹板及所述第二腹板对称。

在一些实施例中，每一所述碟簧螺栓组件包括高强螺栓和组合碟簧，所述高强螺栓穿过所述第一端板和所述第二端板，所述组合碟簧套设在所述高强螺栓上，所述组合碟簧位于所述第一端板的下方且抵接在所述第一端板的下表面上、或位于所述第二端板的上方且抵接在所述第二端板的上表面上、或分布在所述第一端板的下方和所述第二端板的上方且分别对应地抵接在所述第一端板的下表面和所述第二端板的上表面上。

在一些实施例中，所述碟簧螺栓组件还包括垫片板，所述垫片板设置在所述组合碟簧与所述高强螺栓的螺帽之间。

在一些实施例中，每一所述碟簧螺栓组件中，所述高强螺栓施加有初始预紧力，所述组合碟簧处于压缩状态。

在一些实施例中，所述组合碟簧内的碟簧呈叠合、对合或混合方式布置。

在一些实施例中，每一所述耗能组件包括耗能板；其中，所述耗能板的下端分别与所述第一翼缘板可拆卸地连接且上端与所述第二翼缘板可拆卸地连接。

在一些实施例中，每一所述耗能组件还包括垫板和约束板；其中，所述垫板的厚度大于所述耗能板的厚度，所述垫板分为前侧垫板和后侧垫板，所述前侧垫板位于所述耗能板的耗能段的前侧且与所述下钢柱的所述第一翼缘和所述上钢柱的所述第二翼缘分别可拆卸地固定，所述后侧垫板位于所述耗能板的所述耗能段的后侧且与所述下钢柱的所述第一翼缘和所述上钢柱的所述第二翼缘分别可拆卸地固定；所述约束板设置在所述耗能板及所述垫板的外侧，所述约束板的前端可拆卸地支撑固定在所述前侧垫板上，所述约束板的后端可拆卸地支撑固定在所述后侧垫板上，所述约束板与所述耗能板之间具有间隙。

在一些实施例中，所述前侧垫板分为断开式的前侧下垫板和前侧上垫板，所述前侧下垫板与所述下钢柱的第一翼缘可拆卸地固定，所述前侧上垫板与所述上钢柱的所述第二翼缘可拆卸地固定；所述后侧垫板分为断开式的后侧下垫板和后侧上垫板，所述后侧下垫板与所述下钢柱的所述第一翼缘可拆卸地固定，所述后侧上垫板与所述上钢柱的所述第二翼缘可拆卸地固定；所述约束板的前端可拆卸地支撑固定在所述前侧下垫板和所述前侧上垫板上，所述约束板的后端可拆卸地支撑固定在所述后侧下垫板和所述后侧上垫板上。

在一些实施例中，所述约束板分为断开式的下约束板和上约束板，所述下约束板的前后两侧可拆卸地支撑固定在所述前侧下垫板和所述后侧下垫板上，所述下约束板和所述耗能板之间具间隙，所述上约束板的前后两侧可拆卸地支撑固定在所述前侧上垫板和所述后侧上垫板上，所述上约束板和所述耗能板之间具有间隙。

在一些实施例中，还包括混凝土基础，所述下钢柱的下端埋入混凝土基础中。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点的爆炸图。

图3是根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点的下钢柱结构示意图。

图4是根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点的上钢柱结构示意图。

图5是根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点的碟簧螺栓组件结构示意图。

图6是根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点的耗能组件结构示意图。

图7是根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点的单侧碟簧螺栓组件变形前的结构示意图。

图8是含碟簧螺栓组件在4％位移角下的位移云图。

图9是下钢柱在4％位移角下的应力云图。

图10是上钢柱在4％位移角下的应力云图。

图11是耗能板在4％位移角下的应力云图。

图12是高强螺栓在4％位移角下的应力云图。

图13是高强螺栓在4％位移角下的拉力示意图。

图14是根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点的加载力-转角曲线。

附图标记：

柱脚节点1000

下钢柱1 第一腹板101 第一翼缘102 第一端板103

上钢柱2 第二腹板 201第二翼缘 202第二端板203

碟簧螺栓组件3 高强螺栓301 组合碟簧 302垫片板303

耗能组件4 耗能板401 垫板402 前侧垫板 4021 后侧垫板4022

约束板403 下约束板4031 上约束板4032

第一螺栓5 第二螺栓6 混凝土基础7

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图14来描述本发明实施例的含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000。

如图1所示，根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000，包括下钢柱1、上钢柱2、碟簧螺栓组件3和耗能组件4。

具体而言，如图1至图3所示，下钢柱1包括第一腹板101、第一翼缘102和第一端板103，第一腹板101竖向延伸，第一翼缘102有两个，两个第一翼缘102分别对应地固定在第一腹板101的左端和右端，第一端板103水平固定在两个第一翼缘102及第一腹板101的顶端。

如图1至图2及图4所示，上钢柱2包括第二腹板201、第二翼缘202和第二端板 203，第二腹板201竖向延伸，第二翼缘202有两个，两个第二翼缘202分别对应地固定在第二腹板201的左端和右端，第二端板203水平固定在两个第二翼缘202及第二腹板201的底端；上钢柱2设置在下钢柱1上，使得第二腹板201与第一腹板101、两个第二翼缘202与两个第一翼缘102及第二端板203与第一端板103分别一一对应地相对抵接接触。

如图1至图2所示，碟簧螺栓组件3有多个，多个碟簧螺栓组件3分布在第一腹板101及第二腹板201的前后两侧中的至少一侧，也就是说，碟簧螺栓组件3也可仅设置于第一腹板101及第二腹板102前侧或/和后侧，多个碟簧螺栓组件3穿过第一端板103 和第二端板203以将第一端板103和第二端板203可拆卸地紧固，使得上钢柱2和下钢柱1可以很好地连接。

如图1至图2所示，耗能组件4有两个，两个耗能组件4分别设置在下钢柱1及上钢柱2的左右两侧，位于左侧的耗能组件4分别与下钢柱1左边的第一翼缘102及上钢柱2左边的第二翼缘202可拆卸地连接，位于右侧的耗能组件4分别与下钢柱1右边的第一翼缘102及上钢柱2右边的第二翼缘202可拆卸地连接，这样可以使得上钢柱2和下钢柱1进一步实现更好的连接。

由此，本发明实施例的含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000采用碟簧螺栓组件3和耗能组件4将上钢柱2与下钢柱1进行连接，为柱与柱之间的连接，主要承担弯矩、剪力和轴力。

当含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000受到弯矩作用时，耗能组件4和碟簧螺栓组件3会产生轴向力，其形成的力矩可以抵抗弯矩作用；当弯矩较大时，上钢柱2与下钢柱1之间能发生相对转动，由于上钢柱2与下钢柱1之间没有间隙，当上钢柱2相对下钢柱1向左转动，该转动的轴可以理解为上钢柱2左边的第二翼缘202与下钢柱1左边的第一翼缘102之间的交接处，当上钢柱2相对下钢柱1向右转动，该转动的轴可以理解为上钢柱2右边的第二翼缘202与下钢柱1右边的第二翼缘202之间的交接处；当上钢柱2与下钢柱1之间发生相对转动时，耗能组件4中远离交接处的耗能板401可以产生较大的塑性拉伸变形，进而耗散能量，其中，碟簧螺栓组件3受拉，可以承受一定弯矩，由于碟簧螺栓组件3中的组合碟簧302和高强螺栓301保持弹性且设置了一定的初始预紧力，碟簧螺栓组件3的初始预紧力及其增量可以作为节点恢复力，可以提供较高的自复位能力，使得含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000的抗震韧性高，震后残余变形小。

当含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000受到剪力作用时，剪力较小时，碟簧螺栓组件3施加的预紧力产生的摩擦力即能使上钢柱2与下钢柱1之间不产生滑移错位，进而能使含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000能很好地传递剪力，其中耗能组件4亦可以传递一些剪力；当剪力较大时，摩擦力被克服后，高强螺栓301的螺栓杆可以与第一端板 103或第二端板203的孔壁抵接，螺栓杆也可以有效地使上钢柱2与下钢柱1之间不产生错位。

当含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000受到轴力作用时，当该轴力为轴拉力时，耗能组件4和碟簧螺栓组件3可以共同承担，当该轴力为轴压力时，由于第二腹板201与第一腹板101、两个第二翼缘202与两个第一翼缘102及第二端板203与第一端板103 分别一一对应地相对接触，可以起到直接传递轴压力的作用。

根据本发明实施例的含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000，通过碟簧螺栓组件3和耗能组件4将上钢柱2与下钢柱1进行连接，在碟簧螺栓组件3配合耗能组件4一起使用的情况下，一方面可以较好地承担弯矩、剪力和轴力，保证上钢柱2与下钢柱1之间可以相互传递荷载；另一方面，当上钢柱2与下钢柱1在震动过程中发生转动时，碟簧螺栓组件3可以提供较高的自复位能力，使得上钢柱2在碟簧螺栓组件3的作用下相对于下钢柱1可以自动复位，而且碟簧螺栓组件3还可以很好地避免上钢柱2与下钢柱1之间产生滑移，从而提高了含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000的抗震韧性高，减小了震后残余变形；再一方面，当上钢柱2与下钢柱1之间发生相对转动，耗能组件4的核心板401发生塑性拉伸变形，可以耗散能量，将地震损伤诱导至耗能组件4上，防止上钢柱2和下钢柱1受损；而对于损坏的耗能组件4，震后易拆卸更换，提高了含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000的震后修复能力。

在一些实施例中，多个碟簧螺栓组件3呈矩阵分布并且相对于第一腹板101及第二腹板201对称。例如，图1和图2和图4示意出碟簧螺栓组件3共有六个，其中，三个碟簧螺栓组件3在第一腹板101及第二腹板201的前侧间隔均匀排成第一行，另三个碟簧螺栓组件3在第一腹板101及第二腹板201的后侧间隔均匀排成第二行，第一行与第二行组成2x3的碟簧螺栓组件3矩形，第一行与第二行相对于第一腹板101及第二腹板 201对称。

在一些实施例中，如图1至图2及图6所示，每一碟簧螺栓组件3包括高强螺栓301和组合碟簧302；其中，高强螺栓301穿过第一端板103和第二端板203，组合碟簧302 套设在高强螺栓301上；组合碟簧302位于第一端板103的下方且抵接在第一端板103 的下表面上、或位于第一端板103的上方且抵接在第二端板203的上表面上、或分布在第一端板103的下方和第二端板203的上方且分别对应地抵接在第一端板103的下表面和第二端板203的上表面上。可以理解的是，通过碟簧螺栓组件3将第一端板103和第二端板203紧固连接，使得上钢柱2和下钢柱1连接得更好，其中，碟簧螺栓组件3中的高强螺栓301使得上钢柱2和下钢柱1可以相互传递荷载，且在上钢柱2相对于下钢柱1发生相对转动时，高强螺栓301进一步受拉，组合碟簧302进一步压缩，可以提供较高的自复位能力，使得受拉侧的上钢柱2的抬起的第一翼缘102复位，同时，组合碟簧302压缩时可以提高高强螺栓301的变形能力，避免高强螺栓301被拉断。通过构造简单的碟簧螺栓组件3实现含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000的自复位功能，降低震后含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000的残余变形和地震后的修复成本，提高含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000的工程实用性和柱脚节点1000的修复效率。

碟簧螺栓组件3还包括垫片板303(如图7所示)，垫片板303设置在组合碟簧302 与高强螺栓301的螺帽之间。可以理解的是，当组合碟簧302的内孔孔径大于或等于高强螺栓301的螺母外径时，必须在组合碟簧302与高强螺栓301的螺帽之间设置垫片板，这样，才能通过调节高强螺栓301的螺母的位置来有效地将组合碟簧302进行压缩，从而对高强螺栓301施加初始预紧力。当组合碟簧302的内孔孔径小于高强螺栓301的螺母外径时，垫片板303可以设置，也可以不设置，可以根据实际需要选择是否设置。

在一些实施例中，每一碟簧螺栓组件3中，高强螺栓301施加有初始预紧力，组合碟簧302处于压缩状态。可以理解的是，高强螺栓301施加有初始预紧力，可以为节点提供较好的恢复力，减小节点残余变形，组合碟簧302在高强螺栓301的初始预力的作用处于压缩状态，可以有效增加高强螺栓301的变形能力。碟簧螺栓组件3占用空间小，高强螺栓301和组合碟簧302的初始预紧力是通过拧紧螺栓进行施加的，预紧力施工方法简便易操作，碟簧螺栓组件3的外观和施工方法与市场上高强度螺栓较为相似，具有较好的工程实用性。

在一些实施例中，组合碟簧302内的碟簧呈叠合、对合或混合方式布置。也就是说，组合碟簧302内的碟簧布置方式可以根据实际需求选择叠合方式、对合方式或者由叠合与对合组成的混合方式。

这里，需要说明的是，对含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000的自复位性能进行调整，可以通过改变碟簧螺栓组件3的相关设计参数，例如组合碟簧302数量、螺栓预紧力、组合碟簧302内的碟簧布置方式等来实现。

在一些实施例中，如图1至图2及图5所示，每一耗能组件4包括耗能板401；其中，耗能板401的下端分别与第一翼缘102板可拆卸地连接且上端与第二翼缘202板可拆卸地连接。可以理解的是，耗能板401的下端与第一翼缘102之间以及耗能板401的上端与第二翼缘202板之间的连接可以通过第一螺栓5连接来实现，板耗能板401的主要作用是利用自身耗能段的变形来耗散能量。当含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000受到弯矩作用时，上钢柱2与下钢柱1之间能发生相对转动，并且利用耗能板401的变形耗散能量，耗能板401可以先于上钢柱2和下钢柱1损伤，从而可以防止上钢柱2和下钢柱1受到损伤。当含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000受到剪力作用时，碟簧螺栓组件3能使上钢柱2与下钢柱1之间不产生滑移，进而使含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000 能很好地传递剪力，其中耗能板401亦可传递一些剪力；当含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000受到轴拉力作用时，耗能板401和碟簧螺栓组件3一起承担。由于耗能板401 与第一翼缘102板和第二翼缘202板之间的连接均为可拆的连接，当耗能板401损坏后，可以方便地更换新的耗能板401，提高了含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000的震后修复的工作效率。

在一些实施例中，每一耗能组件4还包括垫板402和约束板403；其中，垫板402 的厚度大于耗能板401的厚度，垫板402分为前侧垫板4021和后侧垫板4022，前侧垫板4021位于耗能板401的耗能段的前侧且与下钢柱1的第一翼缘102和上钢柱2的第二翼缘202分别可拆卸地固定，后侧垫板4022位于耗能板401的耗能段的后侧且与下钢柱1的第一翼缘102和上钢柱2的第二翼缘202分别可拆卸地固定；约束板403设置在耗能板401及垫板402的外侧，约束板403的前端可拆卸地支撑固定在前侧垫板4021 上，约束板403的后端可拆卸地支撑固定在后侧垫板4022上，约束板403与耗能板401 之间均具有间隙。由于垫板402的厚度大于耗能板401的厚度，垫板402支撑在第一翼缘102板与约束板403之间以及第二翼缘202板与约束板403之间，可以使得耗能板401 与约束板403之间具有一定的间隙，从而使垫板402和约束板403形成屈曲约束系统。当地震发生时，上钢柱2与下钢柱1发生相对转动，通过垫板402和约束板403可以相对于耗能板401相对滑动，可以防止垫板402和约束板403发生变形，而耗能板401在垫板402和约束板403限制的间隙内发生侧向变形，在耗能板401变形的过程中，耗能板401发生拉压变形，远离转动交接处耗能板401的受拉侧处于拉伸状态，而靠近转动交接处耗能板401的受压侧则可能会发生屈曲，通过垫板402和约束板403形成的屈曲约束系统，可以防止耗能板401的受压侧产生较大不可控的侧向屈曲变形，从而使耗能板401可以在耗能板401与约束板403之间的间隙内发生多波变形，且波峰与波谷之间的差值可控，进而使耗能板401可以消耗地震能，而其他结构不会损伤或发生较小的损伤。地震后通过更换新的耗能板401以将上钢柱2和下钢柱1重新连接，使含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000快速恢复使用，进而提高震后恢复效率、降低恢复成本。

需要说明的是，耗能板401的外侧未设有约束板403时，则在地震时耗能板401会发生屈曲而不受控，且耗能板401的塑性变形较大，从而使耗能板401发生面外的失稳破坏，进而使得含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000的承载力降低，则含碟簧螺栓组件3 的柱脚节点1000的抗震能力较弱。

需要说明的是，耗能组件4设置在远离基础的位置，不会增加基础构造的复杂程度，耗能组件4平行贴合设置于第一翼缘102和第二翼缘202上，占据空间较小，与现行的翼缘盖板连接外观相似，因此，具有较好的工程实用性。

在一些实施例中，前侧垫板4021分为断开式的前侧下垫板和前侧上垫板，前侧下垫板与下钢柱1的第一翼缘102可拆卸地固定，前侧上垫板与上钢柱2的第二翼缘202 可拆卸地固定；后侧垫板4022分为断开式的后侧下垫板和后侧上垫板，后侧下垫板与下钢柱1的第一翼缘102可拆卸地固定，后侧上垫板与上钢柱2的第二翼缘202可拆卸地固定；约束板403的前端可拆卸地支撑固定在前侧下垫板和前侧上垫板上，约束板403 的后端可拆卸地支撑固定在后侧下垫板和后侧上垫板上。由此，地震时上钢柱2与下钢柱1之间发生相对转动时，前侧上垫板与前侧下垫板之间以及后侧上垫板与后侧下垫板之间可以发生相对活动，使得垫板402不损伤，进而使地震损伤能集中于耗能板401上。

在一些实施例中，约束板403分为断开式的下约束板4031和上约束板4032，下约束板4031的前后两侧可拆卸地支撑固定在前侧下垫板和后侧下垫板上，下约束板4031 和第一翼缘102之间具间隙，上约束板4032的前后两侧可拆卸地支撑固定在前侧上垫板和后侧上垫板上，上约束板4032和第二翼缘202之间具有间隙。由此，地震时上钢柱2与下钢柱1之间发生相对转动时，上约束板4032与下约束板4031之间可以发生相对活动，使得约束板403不损伤，进而使地震损伤能集中于耗能板401上。

需要说明的是，约束板403可以为整体式约束板403，即不设置成断开式的下约束板4031和上约束板4032时，约束板403与垫板402之间的连接应设置成可活动式的连接。

在一些实施例中，约束板403、垫板402和第一翼缘102之间以及约束板403、垫板402和第二翼缘202之间均通过第二螺栓6贯穿连接固定。当前侧垫板4021、后侧垫板4022和约束板403各自为整体式板时，各自自身上供第二螺栓6穿过的孔为竖向长条形滑孔，当前侧垫板4021分为断开式的前侧垫上板和前侧下垫板、后侧垫板4022分为断开式的后侧上垫板和后侧下垫板1时、约束板403分为断开式的上约束板4032和下约束板4031时，各自自身上供第二螺栓6穿过的孔为圆孔(如图2所示)。

在一些实施例中，耗能板401与约束板403相对的一侧设有无粘结材料层，通过在耗能板401与约束板403相对的一侧设有无粘结材料层，可减少耗能板401与约束板403 抵接时的摩擦力，从而使得耗能板401的受力性能更好。

在一些实施例中，如图1至图2及图4所示，还包括混凝土基础7，下钢柱1的下端埋入混凝土基础7中。由此，形成埋入式钢柱脚，具有较强的刚接程度，在多高层钢结构建筑中应用较多。

在一些示例中，由于下钢柱1承担的弯矩、剪力比上钢柱2大，下钢柱1可采用截面较大的构件，由此形成的含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000的下钢柱1更容易保证不损伤，这里不作具体限制。在一些示例中，上钢柱2和下钢柱1可以由钢材料制造而成，由此形成的含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000的结构较为稳固，当然，上钢柱2 和下钢柱1也可以由其他材质构成，这里不作具体限制。

在一些实施例中，含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000可以用于钢结构中，在另一些示例中，含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000可以用于混凝土体系中，当然，含碟簧螺栓组件3的柱脚节点1000也可以用于其它结构体系中，这里不作具体限制。

以下对上述实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点1000进行数值模拟，获取上述实施例的含碟簧螺栓组件的柱脚节点1000在地震作用下的表现，包括力学性能、自复位性能及抗震性能：

(1)算例设计

设计算例的上钢柱2与下钢柱1同为H型截面钢柱，下钢柱截面尺寸为 H400×400×12×25(mm)，上钢柱2截面尺寸为H400×400×12×21(mm)，下钢柱1长 800mm，上钢柱长2200mm，上钢柱2的第二端板和下钢柱1的第一端板的厚度均为20mm，上钢柱2与下钢柱1通过耗能组件4与碟簧螺栓组件3紧密连接。碟簧螺栓组件3中的螺栓采用10.9级M24高强螺栓，在第一腹板101及第二腹板102前后的第一端板103 及第二端板203处分两列对称布置6个碟簧螺栓组件。如图7所示，为碟簧螺栓组件3 的单侧部分的示意图，每个碟簧螺栓组件3由两个组合碟簧302串联而成，每个组合碟簧302使用三十五片碟簧以七叠合五对合的形式组装而成，碟簧选用A系列 A80×41×5×6.7-C1，对每个碟簧螺栓组件3施加100kN的预压力。

(2)模型建立

采用Abaqus/Standard模块对本含碟簧螺栓组件的柱脚节点1000进行计算，采用C3D8R实体单元对模型中的各部件进行网格划分。耗能板401采用Q235钢，采用混合强化模型，弹性模量E＝206000MPa，泊松比υ＝0.3，零塑性应变时的屈服强度取f

(3)结果分析

图8是含碟簧螺栓组件的柱脚节点1000在4％层间位移角时的位移云图，由图8可知，节点发生了预期的张开变形模式。图9、图10分别是下钢柱1和上钢柱2在4％层间位移角时的应力云图，可以看出在上钢柱2和下钢柱1的翼缘出现屈服，这是因为上钢柱2绕下钢柱1转动时，转动中心为上钢柱2和下钢柱1的翼缘交接处，此处应力集中，所以应力较大产生屈服，其余位置应力较小且均处于弹性状态。

由图11可知，在4％层间位移角时，靠近转动中心的耗能板401发生了明显的多波屈曲，远离转动中心的耗能板401受拉屈服，中部耗能段应力较大，发生全截面屈服而耗能，节点损伤集中于耗能板401而主体部件保持弹性，震后仅对损伤的耗能板401进行更换即可快速恢复节点功能。

由图12可知，在4％层间位移角时，单侧的三个高强螺栓301的应力均较小，处于弹性阶段，由图13可知，在4％层间位移角时，靠近节点张开处的高强螺栓301的拉力小于螺栓极限抗拉力，故高强螺栓301在受力过程中不会被拉断。

图14是含碟簧螺栓组件的柱脚节点1000的加载力-转角曲线，曲线呈明显的双旗帜形，滞回环较饱满。加载初期，节点未张开，刚度接近焊接节点；随着位移的增加，节点张开，上钢柱2绕下钢柱1发生转动，曲线斜率下降，力仍在增加，表明节点有较好的延性；多次加载后节点的残余变形仍较小，这表明碟簧螺栓组件3可以有效地消除残余变形，含碟簧螺栓组件的柱脚节点1000有较好的自复位能力和耗能能力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。