Eksperimentell dynamisk analyse av en liten CLT-konstruksjon Herunder evalueringen av betydningen til forbindelser på dempingskoeffisient, egenfrekvenser og egenmoder

Abstract

Denne masteroppgaven føyer seg inn under prosjektet DynaTTB som ønsker å undersøke dempingsegenskaper for høyhus av tre. Et av prosjektets mål er å kartlegge effekten av forbindelser på stivheten og energi-dissipasjonen, og det er dette denne masteroppgaven har undersøkt.

I forarbeidet til denne masteroppgaven ble det gjennomført en prosjektoppgave som tok for seg demping i en CLT-plate. I denne masteroppgaven har denne CLT-platen og en annen blitt kappet opp og brukt til å konstruere en liten CLT-konstruksjon. Dette er gjort for å kunne kartlegge både material- og strukturdempingen.

Det eksperimentelle arbeidet startet med å teste alle platene som skulle inngå i konstruksjonen individuelt. Dette ble gjort med slaghammer og rowing hammer method slik at moder med frekvenser og tilhørende demping ble funnet. Det har blitt funnet i denne oppgaven at materialdempingen i CLT-platene ligger i området rundt 0,5-1,0%.

Videre ble platene satt sammen til CLT-konstruksjonen. Her ble platene festet sammen med ulike forbindelser mellom platene og mot fundamentet. Disse forbindelsene ble festet med et minimum antall skruer slik at testene kunne starte på en minimalt stiv konstruksjon. Videre ble de ulike radene i forbindelsene skrudd inn ettersom testene ble gjennomført. Det var totalt 6 rader i forbindelsene slik at testingen har foregått over 6 ulike stivheter.

Den eksperimentelle testingen på CLT-konstruksjonen bestod av to deler. Den ene delen bestod av å teste alle delene med slaghammer, i likhet med testing på platene, mens den andre delen bestod av å føre taket på konstruksjonen inn i resonans ved bruk av en kontraroterende maskin (ANCO). For begge metodene har frekvens og tilhørende demping blitt funnet for de ulike stivhetene. Begge metodene har vist økt frekvens for økt stivhet samt en økt demping. Frekvensen er funnet til å ha økt med omtrent 10%, mens trenden av dempingen for den første moden har økt fra 1,177% til 1,594% og 1,621% til 2,059% for hhv. testing med slaghammer og ANCO.

Det er modellert to FE-modeller i Abaqus for å se hvor godt de stemmer med eksperimentelle resultater. Disse modellene er konstruert med skallelementer og ved bruk av fjærer som forbindelser. Fjærstivheten for forbindelsene er funnet ved bruk av tekniske godkjenninger og beste ingeniørmessig vurdering. For de laveste stivhetene er det funnet lite samsvar mellom eksperimentelle resultater og FE-modellen. Dette kan skyldes manglede kontaktformulering for skallelementene i FE-modellen. For den stiveste og mest interessante konfigurasjonen er det funnet godt samsvar mellom eksperimentelle resultater og FE-modell med et avvik på under 2% for den første moden.

This master thesis is part of the DynaTTB project, which wants to investigate damping properties for wooden high-rise buildings. One of the project's goals is to map the effect of connections on stiffness and energy dissipation, and this is what this master thesis has investigated.

In the preparation for this master thesis, a project thesis was carried out that dealt with damping in a CLT plate. In this master thesis, this CLT board and one other have been cut up and used to construct a small CLT structure. This was done to be able to find both the material and structural damping.

The experimental work started with testing on all the plates that the structure would be made of individually. This was done with an impact hammer and with {rowing hammer method so that modes with frequencies and associated damping were found. It has been found in this thesis that the material damping in the CLT plates is in the range of around 0.5%.

Furthermore, the plates were assembled into the CLT structure. Here the plates were fastened together with various connections between the plates and against the foundation. These connections were fastened with a minimum number of screws so that the tests could start on a minimally rigid construction. Furthermore, the various rows of the connections were fastened as the tests were performed. There was a total of 6 rows in the connections so that the testing has taken place over 6 different stiffnesses.

The experimental testing of the CLT structure consisted of two parts. One part consisted of testing on all the parts with an impact hammer, like testing on the plates, while the other part consisted of bringing the roof of the structure into resonance using a counter-rotating machine (ANCO). For both methods, frequency and associated damping have been found for the different stiffnesses. Both methods have shown increased frequency for increased stiffness as well as increased damping. The frequency has been found to have increased by about 10%, while the trend of damping for the first mode has increased from 1.177% to 1.594% and 1.621% to 2.059% for respectively testing with impact hammer and ANCO.

An FE model has been constructed in Abaqus to see how well it matches experimental results. These models are constructed with shell elements and using springs as connections. The spring stiffness of the joints has been found using technical approvals and the best engineering assessment. For the lowest stiffnesses, little agreement has been found between experimental results and the FE model. This may be due to a lack of contact formulation for the shell elements in the FE- model. For the stiffest and most interesting configuration, good agreement has been found between experimental results and the FE model with a deviation of less than 2%.