Column base connections are critical components in steel structures because they transfer axial forces, shear forces and moments to the foundation. Exposed column bases are quite commonly used in low- to medium-rise buildings. To investigate shear transfer in exposed column base plates, four large scale specimens were subjected to a combination of axial load (compression or tension) and lateral shear deformations. The main parameters examined experimentally include the number of anchor rod, arrangement of anchor rod, type of lateral loading, and axial force ratio. It is observed that the shear resisting mechanism of exposed column base changed as the axial force changed. When the axial force is in compression, the resisting mechanism is rotation type, and the shear force will be resisted by friction force between base plate and mortar layer. The specimens could sustain inelastic deformation with minimal strength deterioration up to column rotation angle of 3%. The moment resistance and energy dissipation will be increased as the number of anchor rods increased. Moreover, moment resistance could be further increased if the anchor rods were arranged in details. When the axial force is in tension, the resisting mechanism is slip type, and the shear force will be resisted by the anchor rods. And the shear resistance was reduced significantly when the axial force was changed from compression to tension. The test results indicated that the current design approach could estimate the moment resistance within reasonable acceptance, but overestimate the shear resistance of exposed column base.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.3
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pp.85-92
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2015
Response spectra of a building are made with a SDOF system taking into account a first mode shape, even though higher modes may affect on the dynamic responses of a high-rise building. A soft soil layer under a building also affects on the responses of a building. In this study, seismic responses of a MDOF system were investigated to examine the effects of higher modes on the response of a tall building by comparing them with those of a SDOF system including the kinematic interaction effect. Study was performed using a pseudo 3D finite element program with seven bedrock earthquake records downloaded from the PEER database. Effects of higher modes on the seismic responses of a tall building were investigated for base shear force and base moment of a MDOF system including story shear forces and story moments. Study results show that higher modes of a MDOF system contribute to a reduction of base shear force up to 1/4-1/5 of KBC and base moment. The effect of higher modes is more significant on the base shear force than on the base moment. Maximum story shear force and moment occurred at the top part of a building rather than at a base in the cases of tall buildings differently from short buildings, and higher modes of a tall building affected on the base forces making them almost constant at the base. A soft soil layer also affects some on the base shear force of a high-rise building independently on the soft soil type, but a soft soil effect is prominent on the base moment.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.7
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pp.165-170
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2019
The structural damage caused by earthquake to the upper structure of seismic base-isolated system can be suppressed effectively because it is designed to concentrate the input energy on the seismic isolation floor. Further, the response acceleration of seismic base-isolated system can be greatly reduced compared to the seismic structure because of the long period, which means that the design shear force of the seismic base-isolated system can be reduced appropriately. However, when the design shear force is determined to be reduced, the design stiffness will decrease, and the response acceleration will increase oppositely. Therefore, for finding the extent to which the design shear force of the upper structure can be reduced, this paper considered the seismic base-isolated structure as the analytical model and proposed the design shear force reduction factor of the base-isolated structure through the dynamic response analysis, while considering the decrement effect of response acceleration. The research result shows that the response acceleration of the isolated the upper structure can be reduced by 50%~70% of the seismic structure under the same design conditions, and the design shear force can be reduced by up to 40%. By increasing the design stiffness over to 1.8 times of the original design value, the design shear force can be reduced to the same extent as the response acceleration can be reduced compared to the seismic structure.
The reliability-based seismic design of steel frames is a complex process that incorporates seismic demand with a structural capacity to attain safe buildings aligned with specified constraints. This paper introduces an efficient base shear force formulation to support the reliability-based design process of steel frames. The introduced base shear force equation combines the seismic demand statistics with the reliability objective to calculate a fictitious base shear force for linear static analysis. By concentrating on the seismic demand and promising to meet a certain level of reliability, the equation converts the reliability-based seismic design problem to a deterministic one. Two code-compliant real-size steel moment frames are developed according to different reliability objectives to demonstrate the competency of the proposed formula. The nonlinear dynamic analysis method is used to assess the seismic reliability of the constructed frames, and the numerical results validate the credibility of the suggested formulation. The base shear force calculation method regarding seismic reliability is the main finding of this study. The ease of use makes this approach a potent tool for design professionals and stakeholders to make rapid risk-informed decisions regarding steel moment frame design.
Dynamic equilibrium equations for finite element analysis were derived for the free field one-dimensional shear wave propagation through the horizontally layered soil deposits with the elastic half-space. We expressed Rayleigh's viscous damping consisting of mass and stiffness proportional terms. We considered two cases where damping matrices are defined in the total and relative displacement fields. Two forms of equilibrium equations are presented; one in terms of total motions and the other in terms of relative motions. To evaluate the performance of new equilibrium equations, we conducted two sets of site response analyses and directly compared them with the exact closed-form frequency domain solution. Results show that the base shear force as earthquake load represents the simpler form of equilibrium equation to be used for the finite element method. Conventional finite element procedure using base acceleration as earthquake load predicts exact solution reasonably well even in soil deposits with unrealistically high damping.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.04a
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pp.169-177
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1999
The base shear force and the overturning moment are important factors for the earthquake design of a structure. These should be predicted exactly especially when the nonlinear seismic isolation bearings are used against earthquake motions. Generally these are derived by the acceleration responses of a structure with the he assumed masses. However these can be contaminated by the noise in the measured responses and the uncertainty of assumed masses. This paper presents the results of the derived base shear force and overturning moment compared with the measured results by multi-axis load cells. Also discussions are made on the cross-coupling effects of the multi-axis load cell.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.912-917
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2003
In this paper a new truss modeling technique for describing the beam shear resistance mechanism is proposed based on the reinterpretation of the well-known relationship between shear and the rate of change of bending moment in a reinforced concrete beam subjected to combined shear and moment loads. The core of the model is that a new perspective on the shear resistance can be gained by viewing the internal stress filed in terms of the superposition of two base components of shear resistance; arch action and beam action. The arch action can be described as a simple tied-arch which is consisted of a curved compression chord and a tension tie of the longitudinal steel, while the beam action between the two chords can be modeled as a membrane shearing element with forming a smeared truss action. The compatibility of deformation associated to the two action is taken into account by employing an experimental factor or internal state force factor a. Then the base equation of V=dM/dx is numerically duplicated. The new model was examined by the 362 experimental results. The shear strength predicted by the internal force state factor a show better correlation with the tested values than the present shear design.
The purpose of this study was to evaluate the bond strength of orthodontic brackets bonded to metal bar with chemically cured adhesive (Ortho-one, Bisco Co, USA) in various types and directions of force application. Three types of metal bracket with different bracket base configurations; Micro-Loc base(Tomy Co, Japan), Chessboard base(Daesung Co, Korea), Non-etched Foil-Mesh base(Dentaurum, Germany); were used in this study. Peel, shear, tensile bond strengths were measured by universal testing machine and compared each other. The peel force directions applied were $0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ},\;45^{\circ},\;60^{\circ},\;75^{\circ},\;90^{\circ}$ And then, in consideration of the different surface area of the bracket bases, the bond strength Per unit area were calculated and compared. The results obtained were summarized as follows: 1. The bond strengths according to the types and the directions of the forces were greatest at the shear forces in all three bracket base configuration groups(p<0.01). 2. As the peel force direction grew higher in degree, peel bond strength decreased. The Patterns of peel bond strength change according to force direction was similar in all three bracket base configurations. The minimum bond strength was 60 degree-peel bond strengths in all three bracket base configurations. 3. In Micro-Loc base group, minimum peel bond strength$(_{60}PBS)$ was in $29\%$ level of shear bond strength and $52\%$ level of tensile bond strength. In Chessboard base group, $_{60}PBS$ was in $34\%$ level of shear bond strength and $61\%$ level of tensile bond strength. In Non-etched Foil-Mesh base group, $_{60}PBS$ was in $34\%$ level of shear bond strength and $55\%$ level of tensile bond strength. 4. The bond strengths per unit area were lowest in Non-etched Foil-Mesh base group and highest in Chessboard base group(p<0.05). However, there were no differences in shear bond strength, tensile bond strength, $75^{\circ}\;and\;90^{\circ}$ per unit area between Micro-Loc and Chessboard base groups.
Seismic codes are the best available guidance on how structures should be designed and constructed to ensure adequate resistance to seismic forces during earthquakes. Seismic provisions of Indian standard code, International building code and European code are applied for buildings with ordinary moment resisting frames and reinforced shear walls at various locations considering the effect of site soil conditions. The study investigates the differences in spectral acceleration coefficient ($S_a/g$), base shear and storey shear obtained following the seismic provisions in different codes in the analysis of these buildings. Study shows that the provision of shear walls at core in low rise buildings and at all the four corners in high rise buildings gives the least value of base shear.
Earthquake can occur anywhere in the world and it is essential to design important members in special structures based on maximum possible forces that can be produced in them under severe earthquake. In addition, since the earthquake is an accidental phenomena and there are no similar earthquakes, therefore the possibility of strong earthquakes should be taken into account in earthquake-resistant design of important structures. Based on this viewpoint, finding the critical acceleration which maximizes internal forces is an essential factor in structural design. This paper proposes critical excitation method to compute the critical acceleration in design of important members in special structures. These critical accelerations are computed so that the columns' internal shear force at the base of the structure at each time step is maximized under constraints on ground motion. Among computed critical accelerations (of each time step), the one which produces maximum internal shear force is selected. A numerical example presents to show the efficiency of critical excitation method in determining the maximum internal shear force and base moment under variety of constraints. The results show that these method can be used to compute the resonant earthquake which have large enough effective duration of earthquake strong motion (between 12.86 sec to 13.38 sec) and produce the internal shear force and base moment for specific column greater than the same value for selected earthquakes in constructing the critical excitation (for different cases about 2.78 to 1.29 times the San Fernando earthquake). Therefore, a group of them can be utilized in developing the response spectrum for design of special structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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