Modal testing and finite element model updating of full-scale hybrid timber-concrete building

Blaž Kurent (Avtor), Kei Ao Wai (Avtor), Aleksandar Pavic (Avtor), Fernando Perez (Avtor), Boštjan Brank (Avtor)

Povzetek

Serviceability of tall timber and hybrid timber buildings under wind-induced vibrations has become their leading design criterion. Accurate finite element models for predicting their modal properties are crucial for designing buildings that satisfy the current serviceability criteria. It is a challenge for structural engineers to decide what to include in the structural modelling. This is because elements that are typically considered non-structural (partition walls, plasterboards, screed, façade, etc.) have been shown to act structurally and can significantly influence the modal properties of timber buildings. This paper discusses the importance of including certain entities in finite element models of timber and hybrid timber buildings. A case study of a 5-storey hybrid timber-concrete building with masonry cladding is presented. Full-scale in-situ dynamic tests were performed on the building, using forced vibration testing with a shaker. Frequency-response-function-based modal identification resulted in 3 modes of vibration, identifying natural frequencies, mode shapes and damping ratios. A detailed finite element model was developed that estimated the measured natural frequencies with an error of slightly more than 11%. With an extensive sensitivity analysis was found that modelling of the foundation, the effect of the adjacent abutting building in contact, and the masonry cladding was needed. After model updating, it was found that the shear stiffness of CLT walls was initially underestimated, concluding that non-structural elements such as plasterboards and partition walls might influence the dynamic properties of this hybrid timber-concrete building.

Ključne besede

modal testing;timber building;hybrid building;model updating;cross-laminated timber;finite element model;ateral vibrations in service;

Podatki

Jezik:	Angleški jezik
Leto izida:	2023
Tipologija:	1.01 - Izvirni znanstveni članek
Organizacija:	UL FGG - Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo
UDK:	624.011.1:624.07
COBISS:	152011267
ISSN:	0141-0296
Št. ogledov:	97
Št. prenosov:	15
Ocena:	0 (0 glasov)
Metapodatki:

Ostali podatki

Sekundarni jezik:	Slovenski jezik
Sekundarni naslov:	Modalno testiranje in posodabljanje modela končnih elementov hibridne leseno-betonske stavbe
Sekundarni povzetek:	): Vibracije, ki jih povzroča veter, so postale glavno merilo za projektiranje visokih lesenih in hibridnih lesenih stavb. Natančni modeli končnih elementov za napovedovanje njihovih modalnih lastnosti so ključnega pomena za projektiranje stavb, ki izpolnjujejo sedanja merila uporabnosti. Gradbeni inženirji se morajo odločiti, kaj naj vključijo v konstrukcijsko modeliranje. Izkazalo se je namreč, da elementi, ki običajno veljajo za nekonstrukcijske (predelne stene, mavčne plošče, estrih, fasada itd.), delujejo konstrukcijsko in lahko bistveno vplivajo na modalne lastnosti lesenih stavb. Ta članek obravnava pomen vključitve nekaterih elementov v modele končnih elementov lesenih in hibridnih lesenih stavb. Predstavljena je študija primera petnadstropne hibridne leseno-betonske stavbe z zidano fasado. Na stavbi so bili izvedeni dinamični testi z uporabo vibracijskega testiranja s stresalnikom. Z modalno identifikacijo, so bili ugotovljeni trije načini vibriranja, pri čemer so bile določene lastne frekvence, lastne oblike in razmerja dušenja. Razvit je bil podroben model končnih elementov, ki je ocenil izmerjene lastne frekvence z napako nekaj več kot 11 %. Z obsežno analizo občutljivosti je bilo ugotovljeno, da je potrebno modeliranje temeljev, vpliva sosednje stavbe v stiku in zidane obloge. Po posodobitvi modela je bilo ugotovljeno, da je bila strižna togost sten CLT na začetku podcenjena, iz česar izhaja, da bi lahko nekonstrukcijski elementi, kot so mavčne plošče in predelne stene, vplivali na dinamične lastnosti te hibridne leseno-betonske stavbe.
Sekundarne ključne besede:	modalno testiranje;lesena stavba;hibridna stavba;posodabljanje modela;križno-lepljene plošče;model končnih elementov;
Vrsta dela (COBISS):	Članek v reviji
Strani:	14 str.
Letnik:	ǂVol. ǂ289
Zvezek:	[v tisku] avg. 1162250
Čas izdaje:	2023
DOI:	10.1016/j.engstruct.2023.116250
ID:	19104484