The development of accurate numerical replicas of existing civil structures is challenged by the many inherent uncertainties, such as the precise identification of the material elastic properties or the correct boundary conditions. This thesis presents the development of an accurate model that replicates the actual structure behaviour (digital twin) of the 100 m tall Atmospheric Observatory tower, a steel truss structure located at the European Commission (EC) Joint Research Centre (JRC) in Italy, part of the European Research Infrastructures on climate change and air quality. To monitor the tower, wireless autonomous accelerometers have been positioned at different elevations of the tower structure to acquire structural vibrations continuously. Operational Modal Analysis (OMA) techniques are implemented to identify the dynamic properties of the tower from field sensor measurements, and a numerical model of the tower structure has been developed to provide additional insight into the status of the structure and its dynamics. In this thesis, we implement model updating techniques to minimize the errors between the real structure and the Finite Element (FE) model based on the modal properties calculated from the vibration sensors data. With the adoption of model updating techniques, the improved numerical model is shown to reproduce the tower’s dynamic response accurately. The present work highlights the importance and challenges of model updating using OMA, from real-time vibration sensor measurements to develop accurate digital twins, with the real-world test case of the JRC Atmospheric Observatory tower. The study demonstrate the importance of model updating methods in enhancing the accuracy of digital twins of complex reticular structures, thus providing a valuable tool for accurate digital twins to improve structural health monitoring and support predictive maintenance strategies.

Lo sviluppo di modelli numerici accurati di strutture civili esistenti è ostacolato dalle molte incertezze intrinseche, come l’identificazione precisa delle proprietà elastiche dei materiali o la corretta definizione delle condizioni al contorno. Questa tesi presenta lo sviluppo di un modello numerico in grado di replicare in modo accurato (digital twin) il comportamento di una struttura reale, l’Osservatorio Atmosferico, composto da una torre struttura reticolare in acciaio alta 100 m situata presso il Joint Research Centre della Commissione Europea in Italia, parte delle Infrastrutture di Ricerca Europee sul cambiamento climatico e la qualità dell’aria. Per monitorare la struttura, accelerometri autonomi wireless sono stati posizionati a diverse altezze della torre per acquisire in modo continuo le vibrazioni strutturali. Per identificare le proprietà dinamiche della torre, sono state implementate tecniche di analisi modale operazionale (OMA) basate sui dati raccolti dai sensori installati, e un modello numerico della struttura è stato successivamente sviluppato per fornire ulteriori informazioni sullo stato della struttura e sulla sua dinamica. In questa tesi, vengono applicate tecniche di aggiornamento di modelli ad elementi finiti (model updating) per minimizzare le differenze tra la struttura reale e il modello numerico, basandosi sulle proprietà modali calcolate a partire dai dati dei sensori di vibrazione. Grazie all’utilizzo di tecniche di model updating, il modello numerico ridefinito è in grado di riprodurre in modo accurato la risposta dinamica della torre. Il presente lavoro evidenzia l’importanza e le sfide del model updating utilizzando metodi OMA, a partire dalle misurazioni in tempo reale di sensori di vibrazione, con l’applicazione al caso reale della torre atmosferica del JRC. Lo studio dimostra l’importanza e l’efficacia delle tecniche di model updating per lo sviluppo di digital twin accurati nel caso di strutture reticolari complesse, in grado di fornire uno strumento prezioso per il miglioramento di metodi di monitoraggio della salute strutturale e per lo sviluppo di strategie di manutenzione predittiva. Parole chiave: monitoraggio delle strutture, analisi modale operazionale, model upating, metodo degli elementi finiti, individuazione di danni strutturali.