Modélisation numérique de l'interface acier-béton PDF Download
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Author: Thanh Song Phan Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Depuis plusieurs années, la société MATIERE développe un nouveau type de renforcement des structures en béton reposant sur l'utilisation d'aciers plats crantés en substitution des aciers ronds à haute adhérence habituellement utilisés. Ce travail entre dans le cadre du programme de Recherche - Développement des techniques couvertes par les brevets de M. Marcel MATIERE. L'intérêt de ces nouveaux aciers plats crantés réside principalement dans leur géométrie qui permet d'envisager de nouvelles dispositions constructives associées à un gain sur l'épaisseur de béton, notamment au niveau de l'enrobage. Ces aciers sont principalement destinés aux éléments de type dalle ou aux voiles minces où ils permettront de réaliser les économies de béton les plus significatives. Cependant, aucune norme ou règlement ne prend en compte, à ce jour, ces nouveaux aciers. Une étude scientifique validée, principalement basée sur la modélisation numérique, s'est avérée nécessaire pour d'une part modéliser et comprendre l'interaction entre l'acier plat et le béton et, d'autre part, pour justifier que les méthodes de calcul traditionnelles restent applicables à ce genre de renforcement. Dans le cadre de la problématique de la fissuration, une stratégie de modélisation reposant sur une approche probabiliste multi-échelles a été développée. Cette approche multi-échelles ne consiste pas à développer une modélisation qui inclut, dans son formalisme, toutes les échelles, depuis l'échelle très locale jusqu'à l'échelle globale (une structure complète), mais à développer une panoplie de modélisations qui apportent des informations pertinences à l'échelle d'analyse choisie. Quelle que soit l'échelle considérée, la modélisation est succeptible de donner des informations sur l'ouverture et l'espacement de fissures. L'aspect probabiliste est essentiellement lié à l'hétérogénéité du matériau béton. Les modèles développés permettent aussi de tenir compte des effets d'échelle, propres aux matériaux hétérogènes, qui jouent un rôle prépondérant dans le comportement des structures en béton. Le travail de recherche a donc consisté à développer des outils de modélisation du comportement d'interface en parfaite cohérence avec l'échelle de modélisation des phénomènes envisagés, notamment au regard des processus de fissuration des structures renforcées par aciers plats. La démarche scientifique s'est appuyée sur une identification des paramètres de la modélisation par analyse inverse effectuée sur la base de résultats d'essais expérimentaux réalisés sur de grands tirants en béton armé par aciers plats. Les outils de modélisation ont ensuite été validés sur des modélisations du comportement en flexion de poutres-dalles de grandes dimensions comparées à des résultats d'essais expérimentaux. L'ensemble des essais expérimentaux, nécessaires à cette étude, ont été réalisés par Polytech' Clermont à la demande de l'entreprise MATIERE.
Author: Thanh Song Phan Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Depuis plusieurs années, la société MATIERE développe un nouveau type de renforcement des structures en béton reposant sur l'utilisation d'aciers plats crantés en substitution des aciers ronds à haute adhérence habituellement utilisés. Ce travail entre dans le cadre du programme de Recherche - Développement des techniques couvertes par les brevets de M. Marcel MATIERE. L'intérêt de ces nouveaux aciers plats crantés réside principalement dans leur géométrie qui permet d'envisager de nouvelles dispositions constructives associées à un gain sur l'épaisseur de béton, notamment au niveau de l'enrobage. Ces aciers sont principalement destinés aux éléments de type dalle ou aux voiles minces où ils permettront de réaliser les économies de béton les plus significatives. Cependant, aucune norme ou règlement ne prend en compte, à ce jour, ces nouveaux aciers. Une étude scientifique validée, principalement basée sur la modélisation numérique, s'est avérée nécessaire pour d'une part modéliser et comprendre l'interaction entre l'acier plat et le béton et, d'autre part, pour justifier que les méthodes de calcul traditionnelles restent applicables à ce genre de renforcement. Dans le cadre de la problématique de la fissuration, une stratégie de modélisation reposant sur une approche probabiliste multi-échelles a été développée. Cette approche multi-échelles ne consiste pas à développer une modélisation qui inclut, dans son formalisme, toutes les échelles, depuis l'échelle très locale jusqu'à l'échelle globale (une structure complète), mais à développer une panoplie de modélisations qui apportent des informations pertinences à l'échelle d'analyse choisie. Quelle que soit l'échelle considérée, la modélisation est succeptible de donner des informations sur l'ouverture et l'espacement de fissures. L'aspect probabiliste est essentiellement lié à l'hétérogénéité du matériau béton. Les modèles développés permettent aussi de tenir compte des effets d'échelle, propres aux matériaux hétérogènes, qui jouent un rôle prépondérant dans le comportement des structures en béton. Le travail de recherche a donc consisté à développer des outils de modélisation du comportement d'interface en parfaite cohérence avec l'échelle de modélisation des phénomènes envisagés, notamment au regard des processus de fissuration des structures renforcées par aciers plats. La démarche scientifique s'est appuyée sur une identification des paramètres de la modélisation par analyse inverse effectuée sur la base de résultats d'essais expérimentaux réalisés sur de grands tirants en béton armé par aciers plats. Les outils de modélisation ont ensuite été validés sur des modélisations du comportement en flexion de poutres-dalles de grandes dimensions comparées à des résultats d'essais expérimentaux. L'ensemble des essais expérimentaux, nécessaires à cette étude, ont été réalisés par Polytech' Clermont à la demande de l'entreprise MATIERE.
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La caractérisation du comportement mécanique des structures en béton armé est un défi majeur, en particulier lorsque des sollicitations au-delà du niveau de dimensionnement sont considérées. Dans ce cas, des informations locales sur la fissuration du béton sont nécessaires pour évaluer la performance structurale. Cela est particulièrement observé dans le cas où les ouvrages de génie civil présentent des exigences d'étanchéité. La prise en compte de l'interaction entre le béton et les armatures en acier dans les simulations numériques joue un rôle important dans l'estimation réaliste du phénomène de fissuration. De plus, la dissipation d'énergie au sein de l'interface acier-béton constitue environ 15-20% de la dissipation matérielle totale dans les structures en béton armé [Huguet Aguilera, 2016]. Pour toutes ces raisons, une modélisation de cette interface se montre indispensable pour une reproduction numérique réaliste du comportement de ces structures. Les approches existantes de modélisation de l'interface acier-béton restent peu satisfaisantes principalement car elles demandent des temps de calcul élevés. Leur application à l'échelle d'un bâtiment industriel reste toujours fastidieuse (Phan et al., 2015) voire impossible. Le but de ce travail de thèse est de proposer des stratégies de modélisation de l'interface acier-béton ayant le coût numérique le plus bas possible et étant applicables à l'échelle de l'ouvrage. Pour cela, une approche multi-échelle est proposée. Cette approche consiste à définir un macro-élément capable de reproduire le comportement de l'acier et de l'interface acier-béton reliés au moyen d'une densité d'efforts d'adhérence. Le macro-élément de [Sahyouni et al., 2022] initialement développé pour lier une inclusion rigide à un domaine de sol qui l'entoure est développé et adapté à la problématique de l'interface acier-béton. Cette approche est intégrée dans des calculs de structures bidimensionnels (2D) et tridimensionnels (3D). En parallèle, une méthode de modélisation de l'interface dans le cadre d'éléments poutres inspirée des travaux de [Yousefi et al., 2020] et de [Abtahi et Li, 2023] est présentée. En particulier, les éléments poutres sont bien connus pour leur avantage de fournir des résultats numériques précis avec des temps de calcul raisonnables. Un enrichissement est introduit par rapport à des théories de poutre classiques avec le déplacement de l'acier défini comme un degré de liberté supplémentaire au niveau des nœuds. Une extension de cette approche vers des éléments plaques est réalisée. Les différentes techniques proposées dans ce travail sont utilisées pour modéliser des tests expérimentaux de caractérisation du comportement de l'interface. Des exemples structuraux de poutres en flexion trois et quatre points sont également modélisés. Les applications présentées démontrent la robustesse des approches proposées et leur capacité à reproduire le comportement expérimental d'éléments structuraux en béton armé.
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Le comportement des structures en béton armé (BA) et en béton précontraint (BP) exposées au feu est une thématique de recherche importante en génie civil. Actuellement, le comportement de l'interface béton-acier à haute température et la simulation thermomécanique non linéaire des structures en béton sont des verrous à lever. Ces deux questions font l'objet de cette thèse. Après avoir fait un état de l'art sur le comportement à froid de l'interface béton-acier, un modèle à haute température est proposé ainsi que son intégration numérique dans le code de calcul ANSYS. Puis, les performances de plusieurs modèles non linéaires du béton ont été analysées. Finalement, des méthodologies de modélisation du transfert thermique et du comportement mécanique des structures exposées au feu ont été proposées et validées à travers des simulations d'essais.
Author: Benjamin Richard Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Une des causes majeures responsables de la perte de performance des ouvrages en béton armé (fissuration excessive, perte de capacité portante) peut être imputée à la corrosion des armatures présentes dans les éléments structuraux. Ce phénomène est susceptible de se développer soit par carbonatation, soit par pénétration des ions chlorures par le béton d'enrobage. C'est alors que des produits de corrosion apparaissent et génèrent des contraintes de traction qui, dès dépassement de la résistance en traction, favorisent l'apparition de fissures. D'un point de vue pratique, dès que les premières fissures sont remarquées à la surface du béton, la corrosion a généralement atteint un stade avancée et des actions de maintenance doivent être envisagées. Cela entraînent d'importants coûts évitables si une prédiction satisfaisante avait pu être réalisée. Cette étude vise à apporter des éléments de réponse à cette problématique. Deux objectifs essentiels sont considérés dans ces travaux de thèse : le premier consiste à proposer des lois de comportement robuste et satisfaisantes permettant de bien décrire le comportement des éléments de structure existants et le second vise à introduire une méthode probabiliste permettant d'actuali ser les paramètres des deux modèles sur la base de l'information disponible sur le terrain. Un cadre constitutif générique couplant élasticité, endommagement isotrope et glissement interne, thermodynamiquement admissible, est pour cela développé. Cette classe de modèles est particularisée au cas de l'interface acier/béton en présence de corrosion et au cas du béton. Ces dernières peuvent être utilisées non seulement sous chargement monotone mais aussi sous chargement cyclique. Les lois proposées permettent de prendre en compte les effets hystérétiques, les déformations permanentes et l'effet unilatéral. En outre, ces dernières ont été validées sur différents cas tests. Des versions multifibres des lois précédemment mentionnées ont également été développées pour offrir à l'ingénieur des modèles simplifiés. Une prise en compte du caractère imparfait de l'interface acier/béton au sein du formalisme multifibre est notamment considérée. L'étape d'identification des paramètres mat ériaux n'est pas toujours aisée à réaliser en raison d'une part des incertitudes qui entachent ces derniers et, d'autre part, de la méconnaissance des mécanismes locaux. Ainsi, une méthodologie probabiliste complète permettant d'actualiser les paramètres d'entrée sur la base d'observations extérieures est proposée. Elle s'appuie sur une utilisation conjointe des réseaux bayésiens et de la théorie de la fiabilité. Elle permet ainsi de réduire l'écart entre la prédiction numérique et les mesures réalisées sur le terrain. Ce travail de thèse devrait contribuer à fournir aux gestionnaires d'ouvrage des outils d'aide à la décision leur permettant de mieux gérer leurs ouvrages en béton armé
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DEVELOPPEMENT D'UN MODELE PRENANT EN COMPTE L'INFLUENCE D'UNE CONTRAINTE DE CONFINEMENT SUR LA FORME DES LOIS TANGENTIELLES D'ADHERENCE ACIER-BETON. COMPARAISON PAR CALCULS AUX ELEMENTS FINIS DE DEUX APPROCHES: PLASTICITE, ET CALCUL CONTINU EN DEPLACEMENTS, AVEC UN MODELE D'ENDOMMAGEMENT POUR LE BETON. APPLICATION DE LA DEUXIEME METHODE AU CALCUL D'UNE POUTRE PRECONTRAINTE
Author: Antoine Tixier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Les travaux de cette thèse ont pour objectif d'améliorer la connaissance du comportement desbâtiments en béton armé. Ce comportement est notamment lié à celui de la liaison entre l'acier etle béton, qui permet de transférer les efforts entre les deux matériaux. La connaissance de cetteinterface conduit ainsi à l'amélioration de la conception des structures. Le cas spécifique desenceintes de confinement de réacteurs nucléaires induit une sollicitation particulière de la liaisonpar rapport aux sollicitations habituelles (comme la présence de traction en fibre inférieure d'unepoutre). Afin d'étudier cet état de contraintes, un essai push-in, peu étudié dans la littérature,est mis en place. Une instrumentation par fibres optiques innovante, précise et peu intrusive, estinsérée dans le béton et l'acier, permettant d'accéder aux déformations locales des deux milieux.De nombreuses données sont ainsi obtenues à différents stades du comportement de la liaisonacier-béton. Les essais réalisés font varier la longueur d'interface, menant à l'observation deplusieurs modes de rupture de l'éprouvette qui sont comparés entre eux. Celui correspondant auglissement de l'interface est plus particulièrement étudié. Le comportement précédent la rupture,souvent qualifié de linéaire, est également investigué. L'étude est complétée par la réalisation demesures post-mortem non destructives de perméabilité et par rayons X. Des phénomènes connuset nouveaux sont observés et permettent d'affiner les connaissances sur le comportement de laliaison acier-béton. Ces travaux pourront conduire à améliorer la précision de la modélisation ducomportement des structures en béton armé. De plus, les marges d'incertitude utilisées dans lescodes d'ingénierie sont susceptibles d'être diminuées.
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L'objectif de cette thèse est de mettre en place un cadre numérique qui permet de simuler la réponse de structures en béton armé de taille industrielle soumises à des impacts sévères. Notre modèle repose sur trois ingrédients principaux : 1) la modélisation éléments discrets (ED) du béton, permettant de profiter de la nature « discrète » de cette formulation et de décrire facilement l'apparition et la propagation des discontinuités fortes de la matière ; 2) la modélisation éléments finis (EF) poutre des armatures, donnant la possibilité de représenter toute la complexité du ferraillage que l'on rencontre dans les structures industrielles en béton armé ; 3) un modèle de liaison acier-béton original, que nous avons proposé et mis en œuvre dans le code EUROPLEXUS, et qui constitue le principal apport de cette thèse. Nous avons effectué une étude théorique et numérique sur la stabilité et la précision de ce modèle de liaison, et avons calibré ses paramètres en simulant un essai d'arrachement. En modélisant l'essai de traction d'un tirant (barre en béton contenant une armature), nous avons montré la capacité de notre modèle à reproduire le transfert des efforts entre le béton et l'armature au niveau de l'interface acier-béton. Testé et validé sur des cas-tests élémentaires, le modèle mixte ED-EF a ensuite été appliqué à la simulation de vraies structures en béton armé. Nous avons simulé de manière détaillée quelques essais connus (l'impact mou sur poutre CEA, l'essai Meppen II-4), ce qui a permis de valider l'ensemble de notre approche numérique et de recueillir des éléments pour définir les pistes d'amélioration des modèles que nous avons mis en œuvre.
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LA REPRESENTATION NUMERIQUE DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES STRUCTURES PLANES EN BETON ARME JUSQU'A LA RUINE SOUMISES A DES SOLLICITATIONS CYCLIQUES, NECESSITE L'ELABORATION D'UN MODELE CAPABLE DE TRADUIRE CORRECTEMENT LE COMPORTEMENT DES MATERIAUX AINSI QUE CELUI DE LA LIAISON ACIER-BETON. CE TRAVAIL EST DIVISE EN 3 PARTIES. LA PREMIERE PARTIE PRESENTE UNE SYNTHESE DE DIFFERENTS RESULTATS EXPERIMENTAUX ET THEORIQUES SUR LE COMPORTEMENT MECANIQUE DU BETON A COURT TERME ET LE TRAITEMENT DES PROBLEMES D'INTERFACE BETON-ARMATURE. DANS LA DEUXIEME PARTIE, NOUS DEVELOPPONS UN MODELE NUMERIQUE FONDE SUR LA THEORIE DE LA PLASTICITE, PERMETTANT DE DECRIRE CORRECTEMENT LA DISSYMETRIE DE COMPORTEMENT DU BETON EN TRACTION ET EN COMPRESSION. NOUS INSISTONS PARTICULIEREMENT SUR LA DEFINITION DE LA LOI INCREMENTALE DU MATERIAU POUR UN CHARGEMENT MONOTONE, D'UNE PART, ET L'ELABORATION D'UN MODELE UNILATERAL POUR LE CHARGEMENT ALTERNE CYCLE, D'AUTRE PART. ENFIN, NOUS PRESENTONS UN MODELE D'INTERFACE POUR LE TRAITEMENT DE LA LIAISON ACIER-BETON, AINSI QUE LE COUPLAGE DE NON-LINEARITES EN PRESENCE. LA DERNIERE PARTIE EST CONSACREE A LA CONFRONTATION DES RESULTATS NUMERIQUES AVEC CEUX ISSUS D'UNE EXPERIMENTATION SUR DES EXEMPLES RELATIFS A DES ELEMENTS DE STRUCTURES EN CHARGEMENT MONOTONE ET CYCLIQUE. ELLE PERMET DE MONTRER LE BIEN-FONDE DE LA METHODE PROPOSEE, AINSI QUE SES POSSIBILITES DANS LE DOMAINE DU GENIE CIVIL
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
Author: Thanh Song Phan
Author: Thanh Song Phan
Author: Mohamed Ben Romdhane
Author: Maryam Trad
Author: Nhu Cuong Tran
Author: Benjamin Richard
Author: Jean-Luc Clément
Author: Antoine Tixier
Author: Aurélien Masurel
Author: OMAR.. MERABET
Author: JOSE RAMON.. ORENGO