Numerical modelling of the cyclic behaviour of timber-framed structures

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lukic, Relja
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/42871
Resumo: Dissertação de mestrado em Structural Analysis of Monuments and Historical Constructions
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spelling Numerical modelling of the cyclic behaviour of timber-framed structuresModelação numérica do comportamento cíclico de estruturas emolduradas em madeiraEngenharia e Tecnologia::Engenharia CivilDissertação de mestrado em Structural Analysis of Monuments and Historical ConstructionsAncient heritage is abundant with timber-framed structures that function as strengthening solutions with infill and as independent structural systems. In earthquake areas they have been used as seismic-resistant construction and their good behaviour during seismic events has been documented and observed. However, building typologies like Pombalino buildings in Lisbon have not experienced seismic activity and therefore their behaviour is unknown. Pombalino buildings and others are under risk of failure during seismic events if their mechanical behaviour is not properly quantified and understood. Traditional timber framed walls exhibit nonlinear hysteretic response under in-plane cyclic loading. To better understand their influence in the global response of buildings, it is important to define numerical modelling strategies for this type of constructive element. Therefore, the work presented in this thesis aims at better understanding the mechanical behaviour of timber frame walls based on numerical simulation. The experimental campaign by Poletti (2013) on in-place cyclic testing of traditional half-timbered frames and timber frames at the University of Minho is used as reference. Based on the experimental results, numerical models were developed that capture the cyclic response of traditional timber frame walls including flexural behaviour, pinching and strength degradation. The numerical models were constructed in the finite element software OpenSees with calibrated springs representing nailed connectors found in traditional half lap joints. 2-D nonlinear beam modelling was preferred over 3-D detailed finite element modelling to reduce computational effort. Three distinct timber frame models were developed in order to best capture the experimental response. A correlation was found between model output and experimental results and was used to develop a half-timbered frame model. These models are difficult to control nonlinear behaviour due to multiple hysteretic models that complicate analyses. A parametric study was conducted on both the half-timbered frame and timber frame by varying wall configuration and studying cumulative energy dissipation and the effect of slenderness and load capacity with increasing drift. A macro-model inspired by the macro-modelling of masonry infill walls is proposed at the end of the work as a simplified solution to avoid modelling complexity of traditional timber frames in masonry buildings while maintaining overall mechanical behaviour by concentrating all nonlinearity in the central connection.O patromónio construído antigo é abundante em estruturas de madeira onde as ligações tradicionais predominan, funcionando como refoço da alvenaria ou como sistemas estruturias independentes. Em regiões sísmicas, as estruturas de madeira tradicionais têm sido utilizadas como construção anti-sísmica e o seu bom comportamento tem sido consttado e documentado. Todavia, tipologias construtivas como os edifícios pombalinos em Lisboa não foram ainda submetidos a eventos sísmicos e portato o seu comportamento em condições reais é desconhecido. Paredes de madeira tradicionais apresentam um comportamento histerético importante quando submetidas a acções cíclicas no plano, sendo importante compreender a sua influência no comportamento global de uma estrutura. Para este efeito será necessário definir estratégias para a modelação numéricas deste tipo de elemento construtivo. Assim, o principal objectivo do trabalho apresentado nesta tese consiste na modelação numéricas de paredes tradicionais sujeitas a acções cíclicas. O trabalho experimental realizado por Poletti (2013) é utilizado como referência pra a acalibração do modelo numérico. Com base nos resultados experimentais, modelos numéricos foram desenvolvidos para descrever a resposta experimental incluindo o comportamento em flexão, “pinching” e degradação da resistência e rigidez. Os modelos numéricos foram desenvolvidos no programa de cálculo Open Sees, sendo calibradas os elementos de mola que foram associadas à ligações tradicionais meia-madeira. Modelos numéricos bidimensionais foram preferidos aos modelos tridimensionais para reduzir o custo computacional. Foram definidos três modelos das paredes ensaiadas de modo a optimizar o ajuste do comportamento ao modelo experimental. Com base no modelo numérico que mais se aproximou dos resultados experimental foi feita uma adaptação para a modelação das paredes de mdeiras tradicionais com enchimento de alvenaria de tijolo. Verificou-se que o controlo do comportamento não linear consiste num problema complexo, principalmente no qe se relaciona com o comportamento histerético. Foi efetuado um estudo paramétrico em termos de geometria em relação às paredes de madeira com e sem preenchimento, sendo definida uma relação entre a rigidez e resistência com a relação altura e largura da parede. Finalmente, definiu-se um modelo simplificado inspirado na macro-modelação de paredes de enchimento em edifícios de betão armado na tentativa de modelar de modo simplificado as paredes de madeira tradicional em edifícios antigos.Vasconcelos, GraçaRodrigues, HugoUniversidade do MinhoLukic, Relja20162016-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/42871enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:25:35Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/42871Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:19:51.072049Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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