Experimental assessment of a steel dissipating system

Abstract

Older RC frame structures are often not designed considering seismic action, and their failure when subjected to strong earthquakes causes great human and economic losses. Most existing retrofitting solutions are costly, time consuming and irreversible. An innovative energy dissipating system adding CLT panels and friction dampers to the structures was proposed. Four friction dampers of slightly different design were experimentally investigated, focusing on the friction connecting in the dampers. In chapter one, a short introduction to an ongoing research project in which this thesis is a part of is given, as well as the specific aspects studied in this thesis. The dampers consisted of two separate profiles, where one had a side with elongated holes, connected by two bolts creating a friction surface. In chapter two, some basic theory concerning earthquake engineering and how friction dampers affect the outcome of vibrations are presented. Also, theory directly related to the aspects studied in the thesis concerning the preload, slip friction joint, shim layers, cyclic test methods, and sensitivity of a sensor are explained. In chapter three, relevant results from an analytical and numerical investigation of the dampers done by a previous master student are summarized. In chapter four, information about the specimens used, the set-up and all the tests performed is given. One monotonic and several cyclic tests were described. The aim of the tests was to find the optimal preload to reach a certain slip load, and to study how the different designs behaved. In chapter five, the results from the experiments are given and discussed. It was discovered that the preload needed to be much lower than specified by the standard. Scraping of steel by the washers in the bolting assembly was a problem. This was successfully solved by adding an additional steel plate to the friction connection in addition to two shim layers. Also, a twisting effect due to the bending moment in one profile and the eccentricity due to asymmetrical arrangement of the bolts was discovered. The twisting resulted in the measuring of both the friction and the resistance of the elongated holes. In chapter six, a summary of all the tests is given, including both the protocols and results. In chapter seven, the main findings of this thesis are summarized, and conclusions are drawn. In chapter eight, modifications are suggested for future testing of the dampers.

Eldre rammekonstruksjoner av betong er ofte ikke konstruert med hensyn på seismikk aktivitet, noe som har store konsekvenser får bade menneskeliv og økonomi når de blir utsatt for skade grunnet sterke jordskjelv. Eksisterende løsninger ved bruk av ettermontering er dyre, tidskrevende, og irreversible. Det foreslås et innovativt energispredningsystem ved bruk av KL-tre panel og friksjonsdempere. Fire ulike friksjonsdempere med litt ulike design ble testet med fokus på friksjonsforbindelsen i demperne. I kapittel én, gis en kort introduksjon til prosjektet denne oppgaven er del av, og spesifikt det oppgaven dreier seg om. Demperne besto av to separate profiler, hvor den ene hadde avlange hull, satt sammen av to bolter og dannet dermed en friksjonsflate. I kapittel to, presenteres grunnleggende teori om jordskjelv og hvordan friksjonsdempere påvirker vibrasjoner. Det presenteres også teori om temaer direkte relater ting oppgaven: Forspenning, glippfriksjonsforbindelse, bruk av ekstra lag, syklisk test metoder, og sensitiviteten til en sensor. I kapittel tre, oppsummeres relevante resultater fra en tidligere masteroppgave som omhandler en analytisk og numerisk investigering av demperne. I kapittel fire, gis informasjon om prøvene brukt, oppsettet, og alle testene som ble utført. Én monoton og flere sykliske tester ble beskrevet. Målet med testene var å finne den optimale forspenningen for å nå den optimale glippkraften, og å undersøke hvordan de ulike designene oppførte seg. I kapittel fem, gis og diskuteres resultatene av forsøkene. Det ble oppdaget at forspenningen måtte være mye lavere enn spesifisert av standarden. At skivene brukt med boltene skrapte opp stålet ble oppdaget. Dette ble løst ved å introdusere en ekstra stålplate på utsiden av friksjonsforbindelsen i tillegg til to innvendige tynne plater. En vridningseffekt grunnet momentet i den ene profilen og eksentrisitet grunnet plasseringen av boltene ble også oppdaget. Vridningen resulterte i at motstanden til de avlange hullene ble malt i tillegg til friksjonskraften. I kapittel seks, gis en oppsummering av alle testene som inkluderer bade protokollene og resultatene. I kapittel syv, oppsummeres de viktigste funnene og konklusjoner trekkes. I kapittel åtte, foreslås endringer til videre testing av demperne.