Numerical modelling of the seismic behavior of timber-framed structures based on macro-elements

Abstract

Historical timber-framed structures can be found all over the world since ancient times, being able to observe a variety of procedures and construction systems which is adapted to each zone according to the materials and available knowledge. Recent earthquakes have highlighted the good anti-seismic behavior of this structural typology. Likewise, its antiquity has also evidenced a good structural capacity. The case of Pombalino Buildings are born from the need to build an anti-seismic constructive system after the earthquake of Lisbon 1755 which destroyed most part of the city. The present thesis seeks to complement the study of these buildings due to the uncertainty related to their seismic behavior since up to date there has not yet been an earthquake registered in Lisbon since 1755. The work presented in this thesis seeks a better understanding of the mechanical behavior of Pombalino structures based on finite element modelling on OpenSees program. The experimental campaign of Gonçalves (2015) is used as reference and centered on the experimental results, the developed models were calibrated. A sensitive analysis was carried out in order to determine the variants that affected the behavior of the cyclic curve and also to elaborate an adequate calibration process. Finally a macro-model was elaborated from the floorplans of an existing building and using the properties of the calibrated model, the mechanical behavior and seismic performance of the building was reproduced.

Estruturas históricas de madeira podem ser encontradas em todo o mundo, podendo ser observada uma variedade de procedimentos e sistemas construtivos adaptados à cada zona segundo os materiais e o conhecimento disponível. Sismos recentes destacaram o bom comportamento anti-sísmico de tipologia estrutural, embora ESTA sua antiguidade têm evidenciado que é bom partilha estrutural. Os recentes sismos têm destacado o bom comportamento anti-sísmico desta tipologia estrutural. Além disso, sua antiguidade também evidenciou um bom comportamento estrutural. O caso dos edifícios Pombalinos nasce da necessidade de reconstruir adotando um sistema construtivo antisísmico após o terramoto de Lisboa de 1755, que destruiu grande parte da cidade. A presente dissertação pretende complementar o estudo destes edifícios devido à incerteza relacionada com seu comportamento sísmico já que até a data ainda não se teve um terramoto registado em Lisboa desde 1755. Este assunto tem sido estudado na última decada por diferentes autores e várias campanhas experimentais e numéricas de forma a reproduzir e compreender o comportamento sísmico desta tipologia de estruturas. O trabalho apresentado nesta tese procura um melhor entendimento do comportamento mecânico das estruturas Pombalinas baseando-se em elementos finitos. A campanha experimental de Gonçalves (2015) foi utilizada como referência, em particular os resultados experimentais pelos quais os modelos numéricos foram calibrados. Uma análise de sensibilidade foi feita de modo de avaliar as variantes que afectam o comportamento da curva cíclica e também calibrar o modelo. Finalmente um macro-modelo foi aplicado num edifício existente com base nas propriedades dos modelos já calibrados, os comportamentos mecânico e sísmico do edifício foram reproduzidos.

Estructuras históricas en madera pueden ser reconocidas alrededor de todo el mundo, pudiendo observar una variedad de procedimientos y sistemas constructivos adaptados a cada zona según los materiales y conocimiento disponible. Terremotos recientes han resaltado el buen comportamiento antisísmico de esta tipología estructural. Asimismo su antigüedad también ha evidenciado un buen compartamiento estructural. El caso de los edificios Pombalino nace de la necesidad de construir un sistema constructivo antisísmico después del terremoto de Lisboa de 1755, que destruyó gran parte de la ciudad. La presente tesis pretende complementar el estudio de estos edificios debido a la incertidumbre relacionada con su comportamiento sísmico ya que hasta la fecha todavía no se ha habido un terremoto registrado en Lisboa desde 1755. Este asunto ha sido estudiado desde hace un par de años por investigadores y campañas experimentales que se han realizado buscando reproducir y comprender el comportamiento sísmico de estas estructuras. El trabajo presentado en esta tesis busca un mejor entendimiento del comportamiento mecánico de las estructuras Pombalino basándose en elementos numéricos finitos. La campaña experimental de Gonçalves (2015) se utiliza como referencia y centrándose en los resultados experimentales, modelos numéricos fueron calibrados. Un exhaustivo análisis sensitivo fue llevado a cabo de modo de determinar las variantes que afectan el comportamiento de la curva cíclica y también calibrar el modelo. Finalmente un macro-modelo fue elaborado desde la planimetría de un edificio existente y usando las propiedades de los modelos ya calibrados, el comportamiento mecánico y comportamiento sísmico del edificio fue reproducido.