MODELISATION DU COMPORTEMENT NON LINEAIRE JUSQU'A LA RUINE DE POUTRES MIXTES ACIER-BETON AVEC UN SYSTEME DE PRECONTRAITNE EXTERIEURE PDF Download
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CETTE ETUDE A POUR OBJECTIF DE PREPARER UN MODELE DE CALCUL NON LINEAIRE JUSQU'A LA RUINE DES POUTRES MIXTES ACIER-BETON AVEC UN SYSTEME DE PRECONTRAINTE EXTERIEURE. LE MODELE EST APPLICABLE AUX POUTRES ISOSTATIQUES ET HYPERSTATIQUES ET QUI TIENT COMPTE DES ASPECTS PROPRES D'UNE PART A LA POUTRE ET AUX MATERIAUX LA CONSTITUANT: UNE NON LINEARITE MECANIQUE CARACTERISEE PAR LE COMPORTEMENT NON LINEAIRE DU BETON ET DE L'ACIER DU PROFILE ET UNE NON LINEARITE GEOMETRIQUE CARACTERISEE PAR LES EFFETS DE SECOND ORDRE DUS AUX DEPLACEMENTS DE LA POUTRE, ET D'AUTRE PART AUX CABLES EXTERIEURS: LA VARIATION DE TENSION LIEE AUX DEFORMATIONS DE LA POUTRE ET LE GLISSEMENT SUR LES DEVIATEURS. PLUSIEURS EXEMPLES ONT ETE TRAITES A L'AIDE DE CE MODELE. ENSUITE, ON PROPOSE UNE APPROCHE ANALYTIQUE DU PROBLEME, A L'ETAT LIMITE DE SERVICE ET A L'ETAT LIMITE ULTIME, DONT LA PRECISION A ETE COMPAREE AUX RESULTATS PLUS RIGOUREUX DU MODELE NUMERIQUE. LES FORMULES ANALYTIQUES ONT ETE ETABLIES DANS UN CADRE ASSEZ GENERAL. PARMI LES POINTS ORIGINAUX DU MODELE, ON INDIQUE COMMENT LA PRECONTRAINTE EXTERIEURE PEUT ETRE CONCENTREE ET RAMENEE, A L'AIDE DE TORSEURS EQUIVALENTS, LE LONG DE LA FIBRE MOYENNE DE LA POUTRE, ET COMMENT LA POSITION DES DEVIATEURS DOIT ETRE ACTUALISEE PROGRESSIVEMENT AU COURS DE LA DEFORMATION DE LA POUTRE AFIN DE CALCULER LA SURTENSION DES CABLES
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CETTE ETUDE A POUR OBJECTIF DE PREPARER UN MODELE DE CALCUL NON LINEAIRE JUSQU'A LA RUINE DES POUTRES MIXTES ACIER-BETON AVEC UN SYSTEME DE PRECONTRAINTE EXTERIEURE. LE MODELE EST APPLICABLE AUX POUTRES ISOSTATIQUES ET HYPERSTATIQUES ET QUI TIENT COMPTE DES ASPECTS PROPRES D'UNE PART A LA POUTRE ET AUX MATERIAUX LA CONSTITUANT: UNE NON LINEARITE MECANIQUE CARACTERISEE PAR LE COMPORTEMENT NON LINEAIRE DU BETON ET DE L'ACIER DU PROFILE ET UNE NON LINEARITE GEOMETRIQUE CARACTERISEE PAR LES EFFETS DE SECOND ORDRE DUS AUX DEPLACEMENTS DE LA POUTRE, ET D'AUTRE PART AUX CABLES EXTERIEURS: LA VARIATION DE TENSION LIEE AUX DEFORMATIONS DE LA POUTRE ET LE GLISSEMENT SUR LES DEVIATEURS. PLUSIEURS EXEMPLES ONT ETE TRAITES A L'AIDE DE CE MODELE. ENSUITE, ON PROPOSE UNE APPROCHE ANALYTIQUE DU PROBLEME, A L'ETAT LIMITE DE SERVICE ET A L'ETAT LIMITE ULTIME, DONT LA PRECISION A ETE COMPAREE AUX RESULTATS PLUS RIGOUREUX DU MODELE NUMERIQUE. LES FORMULES ANALYTIQUES ONT ETE ETABLIES DANS UN CADRE ASSEZ GENERAL. PARMI LES POINTS ORIGINAUX DU MODELE, ON INDIQUE COMMENT LA PRECONTRAINTE EXTERIEURE PEUT ETRE CONCENTREE ET RAMENEE, A L'AIDE DE TORSEURS EQUIVALENTS, LE LONG DE LA FIBRE MOYENNE DE LA POUTRE, ET COMMENT LA POSITION DES DEVIATEURS DOIT ETRE ACTUALISEE PROGRESSIVEMENT AU COURS DE LA DEFORMATION DE LA POUTRE AFIN DE CALCULER LA SURTENSION DES CABLES
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Le travail présenté dans ce mémoire porte sur le comportement des poutres mixtes avec interaction partielle. L'objectif de ce travail est de développer des outils de simulation numérique, capable de prédire le comportement instantané et différé des poutres mixtes acier-béton. La première partie est consacrée à la modélisation du comportement élastique linéaire des poutres mixtes en considérant deux modèles de connexion à l'interface: connexion discrète et connexion continue. Un élément fini avec matrice de raideur "exacte" est développé pour les deux modèles de connexion qui permet une analyse critique de la modélisation de la connexion. Dans la deuxième partie, le comportement différé du béton (fluage et retrait) est abordé à l'aide d'un modèle viscoélastique linéaire. Une solution semi-analytique originale est proposée pour les deux modèles de connexion. Ces solutions permettent d'analyser le comportement au cours du temps des poutres mixtes et d'évaluer les performances des méthodes classiques à un pas. La troisième partie est consacrée à la modélisation du comportement non-linéaire des constituants de la poutre mixte (acier, béton et connecteur). Un modèle élastoplastique avec endommagement permettant de prendre en compte la dégradation du béton est proposé. La quatrième partie est dédiée au développement de trois formulations élément fini (déplacement, équilibre, mixte) afin de simuler le comportement non-linéaire des poutres mixtes. Pour les formulations "équilibre" et "mixte", un algorithme de calcul original est proposé permettant de prendre en compte une charge répartie. Enfin, dans la dernière partie, nous proposons, en première approche, un modèle viscoélastique/plastique pour simuler l'interaction entre les effets différés et la fissuration du béton.
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Le travail presente dans ce livre porte sur le comportement des poutres mixtes avec interaction partielle. L'objectif est de developper un outil numerique, capable de predire le comportement instantane et differe des poutres mixtes. La premiere partie est consacree a la modelisation du comportement elastique lineaire des poutres mixtes en considerant deux modeles de connexion a l'interface: connexion discrete et connexion continue. Dans la deuxieme partie, le comportement differe du beton est aborde a l'aide d'un modele viscoelastique lineaire. Une solution semi-analytique originale est proposee pour les deux modeles de connexion. La troisieme partie est consacree a la modelisation du comportement non-lineaire des constituants de la poutre mixte. Un modele elastoplastique avec endommagement permettant de prendre en compte la degradation du beton est propose. La quatrieme partie est dediee au developpement de trois types d'element fini pour des poutres mixtes avec interaction partielle: deplacement, equilibre et mixte. Enfin, dans la derniere partie, un modele viscoelastique/plastique est developpe pour simuler l'interaction entre les effets differes et la fissuration du beton."
Author: Paulo Chaves de Rezende Martins Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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L'utilisation de la précontrainte extérieure au béton se développe chaque jour (en réalité, cette précontrainte est généralement "mixte", associant des câbles extérieurs à des câbles intérieurs solidarisés au béton par injection). Cette nouvelle technique impose que des méthodes fiables de calcul soient mises au point pour les besoins des praticiens. Or les structures avec câblage extérieur présentent des particularités de comportement qui échappent aux méthodes classiques basées sur l'élasticité non-linéaire appliquée aux poutres avec armature intérieure. S'il s'agit de poutres à voussoirs munies ou non d'armatures adhérentes traversant les joints, les problèmes spécifiques au comportement de ces sections sont à prendre en compte. Cette étude a pour objectif de proposer une méthode rationelle de calcul des poutres à précontrainte mixte qui tient en compte des aspects propres aux câbles extérieurs : la variation de tension liée aux déformations de la poutre, la variation d'excentricité entre points de déviation ou d'ancrage et le glissement sur les déviateurs. Le fondement du calcul est l'équilibre d'un élément de poutre compris entre deux fissures (ou joints) compte tenu des particularités de distribution des déformations du béton et de la dégradation de l'adhérence des armatures qui les traversent. La formulation proposée est basée sur les enseignements tirés de la critique de la série 11(onze) poutres essayées dans le cadre de la recherche et sur des propositions existantes dans la littérature tecnhique disponible. La méthode développée a été introduite dans un logiciel de calcul qui a servi aux analyses numériques entreprises. L'étude comprend une analyse comparative entre les résultats du modèle théorique et ceux des essais, qui débouche sur un certain nombre de conclusions et de suggestions de poursuite dans cette voie de recherche. Enfin, des propositions sont faites touchant la règlementation et la pratique des projets.
Author: Emmanuelle David Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 269
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Le collage de plaques métalliques sur des structures en béton armé (procédé l'Hermite) est une méthode de renforcement bien connue et simple à mettre en oeuvre. Insensibles à la corrosion, les matériaux composites représentent une alternative intéressante à l'acier. Après avoir évoqué les causes de dégradation et de fissuration des ouvrages en béton armé, une étude bibliographique relative au renforcement par plaques en acier et en composite est présentée dans la première partie de ce travail. Il en ressort que des matériaux à base de fibres de carbone (CRFP) sont les mieux adaptés au renforcement des ouvrages. Dans la seconde partie de notre travail, est menée une étude expérimentale sur des poutres de 3 mètres renforcées ou réparées par collage de lamelles CRFP et soumises à une flexion quatre points. Le comportement fragile des éléments renforcés est mis en évidence et la ruine des poutres intervient par peeling-off. Une étude plus locale permet de comprendre le rôle du complexe de renforcement dans la transmission des efforts et le pontage de la fissure et permet de proposer des solutions technologiques destinées à retarder la ruine par peeling-off. Afin de prévoir le comportement des poutres renforcées, une méthode analytique basée sur les hypothèses de l'Eurocode2 est proposée et ses limites sont évoquées. Dans la dernière partie, une analyse non linéaire par éléments finis est réalisée à l'aide du logiciel français Castem2000. Les modèles utilisés pour les différents matériaux (béton, acier, lamelles CRFP) et pour les interfaces (liaison acier-béton, colle) sont présentés. Le modèle permet de simuler correctement le comportement d'une poutre renforcée par collage de CRFP et donne accès à des grandeurs difficilement mesurables (répartition des contraintes de cisaillement dans le béton et la colle). Un calcul prenant en compte l'effet d'un pré-endommagement est enfin effectué.
Author: Jan Bujnak Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 181
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Deux types de modèles applicables à l'analyse globale de poutres mixtes acier béton sont présentés et analysés dans le mémoire de thèse. Le modèle analytique, basé sur la théorie élastique des poutres, permet le calcul du glissement et de son influence sur les flèches de poutres mixtes simples et continues. Le comportement non linéaire de la poutre mixte est étudié au moyen d'une modélisation par éléments finis. Une formulation par éléments de coque est utilisée pour représenter la dalle et la poutre métallique. La connextion est formulée par des éléments de poutre courts. Le modèle éléments finis tridimensionnel est validé par la confrontation à des résultats expérimentaux de différentes sources. Il s'avère être efficace pour représenter l'influence du glissement et de la fissuration du béton sur la raideur de la poutre mixte. Des exemples numériques illustrent l'application des modèles à l'analyse globale de poutres simples, continues et planchers mixtes
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En situation d'incendie, la dégradation des propriétés mécaniques des matériaux constitutifs d'une structure peut sensiblement en modifier le comportement global. Ainsi, lors d'essais au feu ou de sinistres réels, des flèches significatives sont observées sans ruine globale du plancher. Ceci traduit l'activation d'un mécanisme basé sur une borne supérieure de plasticité en grands déplacements et appelé effet membrane. Ainsi, malgré la perte des propriétés du béton, de l'acier d'armatures et de l'acier de construction des poutres connectées à une dalle en béton armé ou mixte acier-béton, la capacité portante de cette dalle se définit comme une fonction croissante de sa flèche. En pratique, le comportement complexe des planchers mixtes acier-béton peut être appréhendé par des modèles dits simplifiés ou avancés, suivant le niveau de précision souhaité. La méthode analytique FRACOF permet par exemple d'étudier un plancher global à température élevée, en se basant sur les modèles de comportement simplifiés des matériaux, acier et béton, définis dans les Eurocodes. Par cette méthode, la capacité portante d'une dalle peut alors être déterminée en tenant compte des profilés métalliques connectés à la dalle, et de l'activation d'un effet membrane en grands déplacements. Cette méthode analytique a été validée par une comparaison à des modèles éléments finis, ainsi qu'à des résultats d'essais au feu en grandeur nature. Elle est applicable à des profilés en acier laminé à chaud avec des portées pouvant atteindre 20 m. Or le franchissement de ces portées nécessite des sections de poutre à forte inertie, afin de limiter les flèches du plancher en service. Pour limiter la quantité d'acier que requerraient de telles poutres, le recours à des poutres cellulaires est une solution pratique et esthétique. Un modèle élément finis de poutres cellulaires en acier seul et mixtes est proposé dans le cadre de la thèse de doctorat. Le comportement thermo-mécanique des poutres cellulaires en acier seul est modélisé sous le code Cast3M. Les poutres mixtes sont modélisées en combinant un calcul de transfert thermique sous Cast3M et une analyse mécanique sous ANSYS. Les poutres en acier et la dalle en béton ou mixte sont représentées par des éléments de type coque. Les connecteurs sont représentés par des éléments de type poutre. Ce modèle tridimensionnel tient par ailleurs compte des non-linéarités matérielle et géométrique. Il est confronté à des résultats d'essais à températures normale et élevée. La validation du modèle est suivie d'une comparaison à une méthode analytique existante pour en vérifier la précision et le degré de conservatisme. Les poutres cellulaires sont ensuite étudiées en tant que partie intégrante de planchers mixtes acier-béton sous incendie. Un essai en grandeur nature sous feu réel met en évidence l'activation d'un effet membrane en présence de poutres cellulaires non-protégées, sans ruine du plancher. Les résultats de l'essai sont utilisés pour calibrer un modèle élément fini tridimensionnel. La calibration est effectuée en s'appuyant sur la distribution des températures dans les différents composants du plancher, la durée de résistance au feu, la forme des déformées et les modes de ruine. Ensuite, le modèle, qui peut reproduire le comportement thermo-mécanique d'un plancher mixte, est utilisé pour évaluer une proposition d'extension de la méthode FRACOF à des planchers mixtes comportant des poutres cellulaires.
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MISE AU POINT D'UN MODELE NON LINEAIRE CARACTERISANT LA TENUE ULTIME DES STRUCTURES CONSTITUEES DE POUTRES EN BETON ARME. ANALYSE CRITIQUE DES THEORIES ACTUELLES (PLASTICITE GLOBALE ET ENDOMMAGEMENT). NECESSITE D'UNE FORMULATION NOUVELLE INCLUANT LES DEUX NON-LINEARITES. FORMULATION D'UN MODELE COMPLET APPLICABLE AUX SITUATIONS ACCIDENTELLES LES PLUS COURANTES EN PARTICULIER AUX SOLLICITATIONS SISMIQUES. APRES SON IMPLEMENTATION DANS UN PROGRAMME DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS, ON EFFECTUE DEUX CALCULS DE DEMONSTRATION DANS LE CAS D'UNE POUTRE EN FLEXION 4 POINTS AVEC DILATATION DE MEMBRANE LIBRE OU BLOQUEE
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CE TRAVAIL EST CONSACRE PRINCIPALEMENT A LA MODELISATION NUMERIQUE DES POUTRES ET PORTIQUES MIXTES ACIER-BETON AVEC LA PRISE EN COMPTE DES EFFETS DU GLISSEMENT A L'INTERFACE ACIER-BETON ET DU SECOND ORDRE GEOMETRIQUE EN PRESENCE D'UN CHAMP DE TEMPERATURES EVOLUANT DE MANIERE QUELCONQUE. DEUX MODELES NUMERIQUES ONT ETE MIS AU POINT AU COURS DE CE TRAVAIL, DONT LE PREMIER EST BASE SUR LA METHODE DES MATRICES DE TRANSFERT ET LE DEUXIEME, PLUS GENERAL, PAR ELEMENTS FINIS, EST APPLICABLE NON SEULEMENT AUX POUTRES MIXTES MAIS AUSSI AUX PORTIQUES MIXTES RIGIDES OU SOUPLES AVEC UN CHAMP DE TEMPERATURES QUELCONQUE. LA CONFRONTATION DES MODELES, D'UNE PART AVEC D'AUTRES MODELES NUMERIQUES EXISTANTS, D'AUTRES PART AVEC DES EXPERIENCES REALISEES AU CTICM, EN FRANCE, SUR DES POUTRES MIXTES OU A L'ETRANGER SUR DES PORTIQUES MIXTES SOUMIS A L'INCENDIE MONTRE UNE BONNE CONFORMITE DANS LES DIFFERENTS DOMAINES D'APPLICATION DES MODELES. PAR AILLEURS, ON ILLUSTRE, DE MANIERE APPROFONDIE, LES EFFETS DE CERTAINS PARAMETRES SUR LE COMPORTEMENT DES STRUCTURES MIXTES TANT A TEMPERATURE ORDINAIRE QU'AUX TEMPERATURES ELEVEES. UNE METHODE SIMPLIFIEE DE L'EUROCODE 4, AVEC REDISTRIBUTION DES MOMENTS A PARTIR D'UNE ANALYSE GLOBALE ELASTIQUE, POUR DES PORTIQUES MIXTES CONTREVENTES DE CLASSE 1, EST EGALEMENT EXAMINEE. ENFIN, UNE PARTIE DU TRAVAIL PORTE SUR DE L'EXPERIMENTATION AFIN DE DETERMINER UNE LOI DE COMPORTEMENT AU CISAILLEMENT DES CONNECTEURS DE TYPE GOUJON A DES TEMPERATURES ELEVEES. LA LOI DE COMPORTEMENT, ETABLIE A PARTIR DES RESULTATS DES ESSAIS PUSH-OUT, N'A PAS ETE MISE EN CAUSE LORS DE L'EXPERIMENTATION DES POUTRES MIXTES A L'INCENDIE
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L'utilisation des composites dans la construction des bâtiments ou des ouvrages d'art est de plus en plus importante car ces matériaux présentent des atouts indiscutables comme un très bon rapport performance / poids ou une facilité de mise en oeuvre. Cependant, leur essor est ralenti par certaines faiblesses dont l'une des plus importantes est leur souplesse qui induit des déplacements élevés et des risques d'instabilités importants qui ne permettent pas d'exploiter tout le potentiel de ces matériaux. Dans le cas d'éléments de structure fléchis, une des solutions consiste à associer les profilés composites à une dalle en béton armé. La connexion est établie par des butées mécaniques, par collage, ou l'association des deux. L'objectif général de ce travail est d'étudier le comportement des structures mixtes GFRP-Béton fléchies sous chargement statique instantané : Cette étude comporte un volet expérimental lourd et un volet de modélisation numérique. Elle a été abordée à 3 échelles : matériaux, interface, et structure. Trois modes de connexion ont été exploités. Sur le plan expérimental, nous avons d'abord caractérisé tous les matériaux utilisés : composite, béton, adhésif, acier des armatures et des connecteurs. Puis, la caractérisation à l'échelle de l'interface a été effectuée par l'essai push-out dans différentes configurations (7 séries d'essais au total). Enfin, le comportement à l'échelle d'éléments de structure a été étudié sur des mono-poutres pour des portées allant de 2 m à 4.8 m, sur des poutres composites seules ou sur des poutres mixtes (10 poutres au total). Une passerelle bi-poutre de 4.8 m de portée a également été testée dans la même configuration et jusqu'à la ruine. La modélisation du comportement de ces poutres hybrides a été effectuée selon 2 cas théoriques. Elles ont d'abord été modélisées dans le cadre de la théorie des poutres multicouches, dans le domaine élastique et à l'approche de la ruine. Selon le mode de connexion, le glissement à l'interface est pris en compte ou négligé. Ces poutres ont également été modélisées par la MEF en utilisant des éléments volumiques et en considérant une connexion parfaite. Les résultats d'essais montrent le comportement correspondant à chaque mode de connexion : la connexion par butées mécaniques simples est à ce jour celle qui s'avère la plus efficace. Les écarts modèle / calculs restent acceptables sauf à proximité de l'interface où les déformations peuvent être affectées par la fissuration du béton qui reste difficile à prédire de façon précise. La simulation numérique donne des valeurs très proches de la réalité et répond aux questions posées lors de l'expérience.
Author: WADII.. HAMADEH
Author: WADII.. HAMADEH
Author: Quang-Huy Nguyen
Author: Quang Huy Nguyen
Author: Paulo Chaves de Rezende Martins
Author: Emmanuelle David
Author: Jan Bujnak
Author: Gisèle Bihina
Author: ROGERIO.. BAIRRAO
Author: BIN. ZHAO
Author: Alaa Koaik