Calibration of finite elements model of St. Jakub in Cirkvice by modal testing

Abstract

Kalibrace konečněprvkového modelu kostela Sv. Jakuba v Cirkvici pomocí měření vlastních frekvencí Vyhodnocení materiálových vlastností je jeden z klasických problémů statické analýzy stávajících historických konstrukcí. Z nedestruktivních zkoušek je experimentální měření vlastních frekvencí nejlepší možnost, jak získat parametry pro výpočet celé konstrukce. Cílem práce je vytvořit model věže kostela Svatého Jakuba v Církvici pro metodu konečných prvků (FEM). Pokusit se zjistit materiálové vlastnosti a okrajové podmínky ze změřených vlastních frekvencí a vyhodnotit, jestli je možné znovu zavěsit zvon do věže. Výsledky frekvencí jsou porovnány s frekvencemi dalších kostelních věží včetně věže v Kutné Hoře. Jednolodní kostel Svatého Jakuba má zděnou věž, která je umístěna na konci lodě naproti oltáři. Vytvořený FE model byl kalibrován pomocí změřených vlastních frekvencí. Parametry získané z dynamických měření byly porovnány s hodnotami získanými MQI metodami. Poté byly porovnány i výsledné frekvence věže s hodnotami z jiných věží včetně věže sv. Jakuba v Kutné Hoře. Nakonec je vyhodnocen vliv zvonění na dynamické chování věže, což je klíčový faktor pro možnou reinstalaci zvonu.

The assessment of material mechanical properties is one of the classical problems in the structural analysis of existing buildings and historical constructions. Between all the possible non-destructive or minor-destructive tests, the modal analysis, and then, the calibration of a finite elements model, is the only one that experimentally measures parameters related to the global structural behavior. The objective of the work is to develop a calibrated FE model that would allow in the future to evaluate the possibility of reinstalling the original bells of the tower. Furthermore, to compare the dynamic properties of the bell-tower of St. Jakub in Cirkvice with the homonymous one in Kutná Hora. The Church of St. Jakub in Cirkvice has masonry bell-tower located in the opposite side of the apse, aligned with the longitudinal axis of the nave. The developed FE model has been calibrated through the provided results of modal testing. Later, the parameters obtained through this calibration have been compared with those extracted from the MQI method. Those results have been also compared with other dynamic studies of bell-towers, among them, the bell-tower of St. Jakub in Kutná Hora. Finally, it has been studied the influence of the bell swinging on the dynamic behavior of the bell-tower.