Influence of joints on the seismic response of traditional timber frames in Turkey

Abstract

Timber frame structures which constitute an important cultural heritage of many countries, are well known as efficient seismic resistant structures worldwide and are worth to be preserved. Himis is one common traditional Turkish timber system, which consists of a simple timber frame filled with masonry (such as bricks, adobes or stones with mortar), and a masonry ground floor, built on continuous stone foundations. These buildings are usually located in seismic areas.This thesis aims to make a review of the structural performance of Himis timber system under seismic loading, with specific emphasis on joints and following strenghening of joints with CFRP (Carbon fiber reinforced polymer). Due to the seismic demands these timber structures mostly depend on connections, so that the joints have to be evaluated accurately in terms of translational and rotational stiffness and moment resistance. Subsequently, a series of experimental tests on two different types of timber joints (lap joint and mortise-tenon) which are common in Turkish timber structures have been carried out under monotonic and cyclic bending loading. The numerical analysis, FEM (the finite element method) has been performed in order to the calibrate the results from experiments. Finally, a numerical analysis considering semi-rigid joints in traditional timber connections has been performed globally.

Las estructuras de madera constituyen un importante patrimonio cultural en muchos países y son conocidas como tipologías estructurales eficientes des del punto de vista sísmico por su resistencia y ductilidad. Himis es uno de los sistemas de madera tradicional más conocidos en Turquía, consistente en marcos en forma de retícula de madera simple, relleno de mampostería en su interior (ladrillos, adobe, o piedras con mortero) en plantas piso, mientras que la planta baja es totalmente de mampostería sobre de una cimentación contínua de piedra. Esta tesis tiene como principal objetivo el de realizar una evaluación de la eficiencia estructural del sistema Himis sometido a cargas sísmicas, mediante la evaluación de la respuesta de las uniones más típicas de madera y su contribución al conjunto. Esta tesis se complementa con un análisis experimental y numérico de la contribución que aporta el refuerzo de dichas uniones mediante fibras de polímeros reforzados CFRP (polímeros reforzados con fibras de carbono). La respuesta de estas estructuras frente a sismo se debe, en parte, a la rigidez y ductilidad de las uniones entre barras de madera, por lo que éstas requieren de una especial atención en términos de rigidez traslacional y rotacional. La investigación lleva a cabo una campaña experimental, cubriendo dos tipologías básicas de uniones tradicionales entre barras de madera en Turquía (junta por solape y de espiga) bajo flexión monotónica y también cíclica. Paralelamente, se evalúan dichas uniones mediante un análisis FEM debidamente calibrado con los resultados de los ensayos experimentales, que permite reproducir el comportamiento global de estas estructuras a partir del grado de rigidez de las uniones con o sin refuerzo.