Modélisation de la fissuration des structures en béton soumises à des sollicitations sévères PDF Download
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Book Description
Le béton est un des matériaux de construction les plus répandus dans le monde. Cependant, dans de nombreux secteurs industriels, il est de plus en plus courant d'étudier les marges de sécurité d'un ouvrage vis à vis de sollicitations. Il devient important de prédire le mode de ruine de l'ouvrage. De nombreux travaux ont déjà été réalisés dans le monde sur ce sujet, conduisant à des modèles opérationnels dans des codes de calcul par éléments finis. Néanmoins, des difficultés subsistent, liées principalement à la fissuration du béton. Ces difficultés se traduisent par des problèmes ouverts concernant la localisation, l'initiation et la propagation des fissures. Le travail de thèse explore deux possibilités d'amélioration des méthodes de simulation numérique de propagation des fissures. La première possibilité d'amélioration concerne l'utilisation de la méthode des éléments finis étendus, XFEM (eXtended Finite Element Method). Une modélisation du comportement mécanique de fissure est introduite et conduit à une description de la propagation de fissure d'un élément à un autre. La deuxième possibilité est basée sur la mécanique de l'endommagement. Dans le cadre de la modélisation de l'endommagement de type standard généralisé, le phénomène de localisation a été étudié numériquement pour des comportements divers : endommagement visqueux ou fragile. Ces comportements sont décrits dans le même esprit que les lois de la visco-élasticité ou de la visco-plasticité ou de la plasticité classiques, à partir d'une interprétation thermodynamique générale. En particulier, les lois à gradient de l'endommagement sont aussi considérées en liaison avec des résultats récents de la littérature. Il est bien connu qu'un modèle à gradient permet d'interpréter les effets d'échelle des structures sous chargement mécanique. Il joue aussi un rôle intéressant dans les effets de localisation de la déformation
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Le béton est un des matériaux de construction les plus répandus dans le monde. Cependant, dans de nombreux secteurs industriels, il est de plus en plus courant d'étudier les marges de sécurité d'un ouvrage vis à vis de sollicitations. Il devient important de prédire le mode de ruine de l'ouvrage. De nombreux travaux ont déjà été réalisés dans le monde sur ce sujet, conduisant à des modèles opérationnels dans des codes de calcul par éléments finis. Néanmoins, des difficultés subsistent, liées principalement à la fissuration du béton. Ces difficultés se traduisent par des problèmes ouverts concernant la localisation, l'initiation et la propagation des fissures. Le travail de thèse explore deux possibilités d'amélioration des méthodes de simulation numérique de propagation des fissures. La première possibilité d'amélioration concerne l'utilisation de la méthode des éléments finis étendus, XFEM (eXtended Finite Element Method). Une modélisation du comportement mécanique de fissure est introduite et conduit à une description de la propagation de fissure d'un élément à un autre. La deuxième possibilité est basée sur la mécanique de l'endommagement. Dans le cadre de la modélisation de l'endommagement de type standard généralisé, le phénomène de localisation a été étudié numériquement pour des comportements divers : endommagement visqueux ou fragile. Ces comportements sont décrits dans le même esprit que les lois de la visco-élasticité ou de la visco-plasticité ou de la plasticité classiques, à partir d'une interprétation thermodynamique générale. En particulier, les lois à gradient de l'endommagement sont aussi considérées en liaison avec des résultats récents de la littérature. Il est bien connu qu'un modèle à gradient permet d'interpréter les effets d'échelle des structures sous chargement mécanique. Il joue aussi un rôle intéressant dans les effets de localisation de la déformation
Author: Jacky Mazars Publisher: ISTE Group ISBN: 1784058165 Category : Science Languages : fr Pages : 306
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La maîtrise de l’endommagement et de la fissuration du béton est indispensable pour garantir la fiabilité et la durabilité des structures de génie civil. Théorique et pratique, cet ouvrage présente une approche complète de ces problématiques en proposant des modèles et des stratégies de modélisations numériques traités dans un esprit de simplification et d’efficacité. Une grande variété d’applications issues de programmes de recherche et d’applications pour l’ingénierie est proposée. Elle couvre de nombreuses situations telles que le comportement monotone ou cyclique, la réponse sismique, la description des situations de dynamique rapide, ou encore les effets dus à la maturation du béton au jeune âge dans les structures massives. Endommagement et fissuration des structures en béton est destiné aux étudiants, aux ingénieurs et chercheurs en mécanique des matériaux et des structures et plus généralement à l’ingénierie du génie civil. De nombreux exercices détaillés sont proposés pour appréhender les techniques de modélisation et de calcul.
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Le but de ce travail est d'élaborer une modélisation numérique de la fissuration du béton en tenant compte de l'heterogeneite du matériau. On modélise de manière explicite cette heterogeneite vis-à-vis de la constitution et de l'apparition des fissures par des valeurs aléatoires, et décrit les micro- et macro fissures comme des discontinuités cinématiques. On aboutit a une modélisation, que l'on espère, objective donnant des résultats qui soient peu dépendant du maillage adopte. Ce modèle nous permet de décrire plus pertinemment le processus de fissuration du béton et de donner des informations précises concernant l'ouverture et la position des fissures, ce qui intéresse les ingénieurs du génie civil pour faire un diagnostic de l'état de l'ouvrage endommage. Les résultats numériques obtenus couvrent le domaine des structures en béton, béton arme et béton de fibres. Une grande série d'essais de traction directe a été réalisée sur trois types de bétons pour déterminer les fonctions de distribution de la résistance à la traction et du module d'young en fonction du volume de matériau. Cette étude nous a permis de proposer des expressions analytiques assez générales qui tentent d'accéder aux fonctions de distribution des résistances à la traction, a partir de la résistance en compression, pour n'importe quel type de béton
Author: JOSE RAMON.. ORENGO Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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ON DEVELOPPE DANS CE TRAVAIL UN MODELE DE COMPORTEMENT POUR LE BETON ARME CONCU POUR LE CALCUL DES STRUCTURES POUR ELEMENTS FINIS DANS LE CADRE DE COMPORTEMENT A COURT TERME ET SANS EFFETS DYNAMIQUES. LE COMPORTEMENT DU BETON ENTRE FISSURES EST MODELISE PAR UNE FORMULATION ELASTOPLASTIQUE AVEC PARAMETRES MULTIPLES D'ECROUISSAGE. LA FISSURATION EST INTRODUITE AU MOYEN DE LA FORMULATION DISTRIBUEE AVEC UN DIAGRAMME DE RADOUCISSEMENT QUI TIENT COMPTE DE L'ENERGIE DE RUPTURE ET LA GEOMETRIE DE L'ELEMENT FINI. ON OBTIENT AINSI L'OBJECTIVITE DES RESULTATS VIS-A-VIS DU MAILLAGE D'ELEMENTS FINI. ON INCORPORE A CETTE FORMULATION L'EFFET DE L'ARMATURE; ON PROPOSE UN MODELE POUR LE COMPORTEMENT DU BETON ARME: 1) LA LIAISON DE L'ARMATURE AVEC LE BETON ARME FISSURE INCORPORE L'EFFET DIT TENSION STIFFENING; 2) ON CONSIDERE L'EFFET DU GLISSEMENT ACIER BETON: L'ENERGIE CONSOMME PAR CE PROCESSUS EST CONSIDEREE DE FACON CONJOINTE AVEC L'ENERGIE DE RUPTURE EN TRACTION DANS LE DIAGRAMME DU RADOUCISSEMENT; 3) LE MODELE CONSIDERE AUSSI L'EFFET DE GOUJON ET PEUT INCLURE N'IMPORTE QUELLE LOI D'ENGRENEMENT POUR LA FISSURE; 4) LE MODELE PERMET UN NOMBRE QUELCONQUE DE DIRECTIONS DE FISSURES ET DE COUCHES D'ARMATURE. FINALEMENT ON MONTRE LES BONNES PERFORMANCES DU MODELE PAR COMPARAISON DE LEURS RESULTATS AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES SUR STRUCTURES PLANES EN BETON ARME
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Dans une problématique d'analyse de la durabilité des structures en béton armé, la quantification de la localisation des déformations et des propriétés des fissures sont deux points clés. Ce travail présente une méthode permettant, dans le cadre de la mécanique des milieux continus, d'améliorer la description de l'évolution de la localisation des déformations. En se basant sur une approche continue du problème, l'évolution des nonlinéarités dans le béton est décrite au travers d'un modèle d'endommagement régularisé. Pour améliorer la description de la localisation des déformations, une modification de la méthode de régularisation nonlocale intégrale sur les variables internes est proposée. L'influence de l'état de contrainte sur les interactions nonlocales est introduite dans la régularisation, afin de prendre en compte la dégradation de la structure ainsi que l'influence des conditions aux limites sur les interactions nonlocales. Cette méthode, implantée dans le code aux éléments finis Cast3M, est validée sur différents cas tests analysant l'évolution des nonlinéarités de l'enclenchement de l'endommagement jusqu'à la rupture et permet notamment de résoudre des pathologies identifiées pour la méthode nonlocale originale. La comparaison avec des résultats expérimentaux montre également la capacité du modèle à décrire l'évolution de la fissuration dans une structure. Le modèle développé est ensuite utilisé pour analyser le comportement de structures en béton armé et sert de base pour introduire une description de la fissuration dans une modélisation simplifiée de type poutre multifibre. A partir de calcul 3D sur des éléments en béton armé utilisant le modèle développé, une loi uniaxiale est identifiée pour déterminer la fissuration dans une fibre en fonction de l'énergie dissipée par le modèle d'endommagement. Une comparaison avec des résultats expérimentaux est effectuée et montre la capacité de cette approche simplifiée à estimer la fissuration.
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La simulation numerique du comportement des structures contenant des fissures stationnaires et soumises a des chargements dynamiques de natures sismiques represente un enjeu important, de plus, c'est un probleme complexe. C'est pour cette raison une nouvelle methode qui propose une alternative prometteuse et qui fait actuellement l'objet de nombreux travaux a ete apparu c'est la methode des elements finis etendus (X-FEM). Le principale avantage de cette methode est sa capacite de modelisation des fissures independamment du maillage a un temps de calcul reduit par rapport a la methode des elements finis classique. Cette methode a ete utilise dans ce travail afin d'evaluer le facteur d'intensite de contrainte dynamique, caracterisant la resistance a la rupture brutale des structures fissurees, en procedant a un couplage avec d'autres methode de calcul dynamique; une modale (moins couteuse et aussi precise qu'une methode de resolution directe) et l'autre modale spectrale (encore moins couteuse mais sensee un peu plus approximative). Cette derniere est tres employee en pratique d'ou l'interet d'evoquer son emploi pour les problemes de fissuration dans cette etude.
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L'évaluation du comportement de structures de béton armé est une problématique cruciale dans le domaine du génie civil : l'objectif de cette thèse est la mise en place d'un modèle mécanique capable de décrire l'évolution des paramètres physiques qui régissent l'évolution de la perméabilité de ce matériau. Le béton (initialement micro-fissuré) est modélisé comme un milieu fia microstructure : la cinématique du corps est enrichie par une variable caractéristique de la taille et de l'orientation du champ de fissure. La théorie des forces configurationnelles est utilisée afin de tenir compte des évolutions irréversibles des micro-défauts. Ces deux approches nous permettent de déterminer les équations d'équilibre régissant la déformation du milieu ainsi que la propagation des fissures. Les paramétres utilisés pour décrire la microstructure ont été choisis de faficon fia schématiser le milieu poreux : la résolution des équations de Stokes sur le volume élémentaire représentatif (microstructure) permettra d'évaluer la perméabilité intrinsèque en tout point du corps. Un exemple a été détaillé : on détermine le comportement d'un solide en traction tout en considérant des conditions d'étude simplifiées (champ de fissures homogène, isostaticité, application de la mécanique linéaire de la rupture). Déformation, propagation des fissures et perte de rigidité sont déterminées en fonction du chargement. On présente par ailleurs l'évolution de la perméabilité du milieu : une fois amorcée, la propagation du champ de fissure devient la cause principale de la perte d'étanchéité.
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Le beton est un des materiaux de construction les plus repandus dans le monde. Cependant, dans de nombreux secteurs industriels, il est de plus en plus courant d'etudier les marges de securite d'un ouvrage vis a vis de sollicitations. Il devient important de predire le mode de ruine de l'ouvrage. Neanmoins, il reste des difficultes liees principalement a la fissuration du beton. Ces difficultes se traduisent par des problemes ouverts concernant la localisation, l'initiation et la propagation des fissures. La premiere possibilite d'amelioration concerne l'utilisation de la methode des elements finis etendus. Une modelisation du comportement mecanique de cette fissure est introduite et conduit a une description de la propagation de fissure d'un element a un autre. La deuxieme possibilite est basee sur la mecanique de l'endommagement. Dans le cadre de la modelisation de l'endommagement de type standard generalise, le phenomene de localisation a ete etudie numeriquement pour des comportements divers: endommagement visqueux ou fragile. En particulier, les lois a gradient de l'endommagement sont aussi considerees en liaison avec des resultats recents de la litterature.
Author: Truong-Giang Nguyen
Author: Truong-Giang Nguyen
Author: Jacky Mazars
Author: École polytechnique (Montréal, Québec). Département de génie civil. Section structures
Author: Wu Xuefeng
Author: JOSE RAMON.. ORENGO
Author: Cedric Giry
Author: Kheira Camellia Nehar
Author: Malika Bongué Boma
Author: Truong Giang Nguyen
Author: Groupe de travail Fissuration des bétons