Publicidad

Más contenido relacionado

Similar a ResearchPoster_Davis_2013(20)

Publicidad

ResearchPoster_Davis_2013

  1. Seismic  Performance  and  Design  of  Embedded  Steel  Column  Base  Connec8ons   Emmanuel  Flores1,  David  Grilli2,  and  Amit  Kanvinde2,  Ph.  D.    1Department  of  Civil  and  Environmental  Engineering,  University  of  California,  Berkeley,  94720   2Department  of  Civil  and  Environmental  Engineering,  University  of  California,  Davis,  95616     Column  base  connecJons  are  very  important  structural  interfaces   because  this  is  where  load  is  transferred  from  the  enJre  structure  to   the  foundaJon.    It  is  common  for  embedded  columns  to  be  the   preferred  alternaJve  to  restrain  column  bases  of  mid-­‐to-­‐high  rise   buildings  in  highly  seismic  regions  due  to  its  ability  to  beNer  resist   moment  and  shear.    Despite  the  widespread  use  of  embedded   columns,  there  is  very  liNle  experimental  data  and  no  true  design   guidelines  on  this  type  of  connecJon.    What  this  invesJgaJon  will  do   is  develop  a  fundamental  understanding  of  the  force  transfer   mechanisms  and  demonstrate  strength,  sJffness,  ducJlity,  and   damage  states  that  occur  in  embedded  columns.    To  do  this,  five   realisJcally-­‐sized  embedded  columns  will  be  taken  to  a  strong   reacJon  floor  to  be  subjected  to  various  combinaJons  of  axial   compression  or  tension  with  cyclic  lateral  loading.    Data  from  these   tests  will  be  recorded  as  lateral  force-­‐displacement  hystereJc  curves,   stress  distribuJons  over  the  embedded  part  of  the  columns,  and   observed  failure  modes.   Abstract   •  Use  calibraJon  plots  to  convert  future  voltage  data  into  values  of   distance  and  strain.   •  Determine  strength,  sJffness,  and  damage  states   •  Develop  equaJons  for  strength  and  update  building  codes,   standards,  and  specificaJons   Next  Steps   A  special  thanks  to:     •  Professor  Amit  Kanvinde  and  David  Grilli   •  Cal  NERDS   •  UC  LEADS   Acknowledgements   Background   •  Column  base  connecJons  are  some  of  the  most  crucial  connecJons   in  a  steel  frame  since  they  transfer  forces  from  the  enJre  structure   to  the  foundaJon.   •  Earthquakes  are  known  to  produce  large  moment  and  shear  forces   in  a  building  which  can  place  a  risk  on  the  safety  of  people  and  the   building  itself.   •  The  two  most  frequent  types  of  connecJon  used  in  pracJce  are  the   exposed  column  base  connecJon  and  the  embedded  column  base   connecJon.   •  For  the  steel  frame,  the  embedded  column  base  connecJon  is  the   most  effecJve  type  of  base  connecJon  for  buildings  in  earthquake   prone  regions  because  of  their  ability  to  resist  moment  and  shear.        Figure  1.                                Figure  2.   Figure  1  is  an  example  of  an  embedded  connecJon  while  Figure  2  is   an  example  of  an  exposed  connecJon.    These  are  the  two  most   commonly  used  connecJons  for  steel  frames.   Methods   For  this  experiment,  5  steel  columns  will  be  used  with  varying  heights   of  12  to  14  feet.    Each  column  will  be  embedded  into  a  block  of   concrete.    The  steel  column  specimens  will  be  tested  on  a  strong   reacJon  floor  where  a  hydraulic  actuator,  capable  of  producing  200   kips  of  force,  will  generate  cyclic  lateral  forces.    Along  with  being   subjected  to  a  lateral  force,  the  specimens  will  also  be  subjected  to   either  axial  tension  (Figure  3.)  or  compression  (Figure  4.)                      Figure  3.                                      Figure  4.   Each  specimen  will  be  a  different  combinaJon  of  lateral  force  and   axial  force  as  shown  in  Table  1  below.                                          Table  1.   The  data  that  will  be  collected  from  these  specimens  will  be   displacement  along  the  length  of  the  column  and  stress  values  in  the   embedded  porJon  of  the  column.    Linear  potenJometers  and  string   potenJometers  will  be  used  to  measure  displacement  while  strain   gauges  will  be  measuring  strain.  The  types  of  instruments  and  their   placement  on  the  specimen  are  shown  below  in  Figures  5  and  6.                                      Figure  5.            Figure  6.                      Top  View  of  Column  Specimen      Side  View  of                Embedded                                            PorJon  of  Column   Test  #   Column  Size   Loading  (kips)   Embedment  (in.)   1   W14x370   Axial  0  +  Lat.   40   2   W14x370   Axial  500  (C)  +  Lat.   40   3   W14x370   Axial  500  (T)  +  Lat.   40   4   W14x370   Axial  500  (C)  +  Lat.   20   5   W18x311   Axial  500  (T)  +  Lat.   20   Preliminary  Results                                Figure  7.        Figure  8.   Figures  7  and  8  are  voltage  vs.  distance  plots  for  2  string  potenJometers.                              Figure  9.            Figure  10.   Figures  9  and  10  are  voltage  vs.  posiJon  plots  for  2  linear  potenJometers.   y  =  0.0954x  +  0.0401   0   0.5   1   1.5   2   2.5   3   3.5   4   4.5   5   0   10   20   30   40   50   60   Voltage  (V)   Distance  (in.)   Calibra8on  Plot  for  SP1   y  =  0.0952x  +  0.0505   0   0.5   1   1.5   2   2.5   3   3.5   4   4.5   5   0   10   20   30   40   50   60   Voltage  (V)   Distance  (in.)   Calibra8on  Plot  for  SP2   y  =  3.2471x  -­‐  0.8103   0   1   2   3   4   5   6   0   0.2   0.4   0.6   0.8   1   1.2   1.4   1.6   1.8   2   Voltage  (V)   Posi8on  (in.)   Calibra8on  Plot  for  LP1   y  =  3.3119x  -­‐  1.0336   0   1   2   3   4   5   6   0   0.2   0.4   0.6   0.8   1   1.2   1.4   1.6   1.8   2   Voltage  (V)   Posi8on  (in.)   Calibra8on  Plot  for  LP2   Conclusions   There  is  a  strong  linear  correlaJon  between  voltage  and  distance  for  the   string  potenJometers.    This  strong  linear  correlaJon  also  appears   between  voltage  and  posiJon  for  the  linear  potenJometers.    The  voltage   vs.  distance  plots  are  unique  and  correspond  to  only  one  string   potenJometer.    This  is  also  true  for  the  voltage  vs.  posiJon  plots  for  linear   potenJometers.   Photo  Credits:   •  Images  used  to  design  the  poster  (sidebar)  were  taken  on  (September  27,  2013)  from  top  to  boNom:   hNp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1b/Los_Angeles_Library_Tower_%28small%29_crop.jpg,  hNp://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/5/51/ Wilshire_Grand_Center.jpg/220px-­‐Wilshire_Grand_Center.jpg  ,hNp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c9/Taipei101.portrait.altonthompson.jpg,  hNp:// upload.wikimedia.org/wikipedia/en/b/bc/Transamerica_Pyramid1.jpg,  hNp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/Downtown_Los_Angeles_-­‐_Aon_Center.jpg   References   Cui,  Yao,  Takuya  Nagae,  and  Masayoshi  Nakashima.  “HystereJc  Behavior  and   Strength  Capacity  of  Shallowly  Embedded  Steel  Column  Bases.”  Journal  of  Structural   Engineering  135.10  (2009).  1231-­‐1238.  Print.     Gong,  Bingnian  and  Bahram  M.  Shahrooz.  “Concrete-­‐Steel  Composite  Coupling   Beams  I:  Component  TesJng.”  Journal  of  Structural  Engineering  127.6  (2001).   625-­‐631.  Print.     Pertold,  J.,  et  al.  “Embedded  Steel  Column  Bases.”  Journal  of  Construc3on  Steel   Research  56  (2000).  271-­‐286.  Print.  
Publicidad