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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.
Author: Günther Meschke Publisher: CRC Press ISBN: 100064474X Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 1500
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Computational Modelling of Concrete and Concrete Structures contains the contributions to the EURO-C 2022 conference (Vienna, Austria, 23-26 May 2022). The papers review and discuss research advancements and assess the applicability and robustness of methods and models for the analysis and design of concrete, fibre-reinforced and prestressed concrete structures, as well as masonry structures. Recent developments include methods of machine learning, novel discretisation methods, probabilistic models, and consideration of a growing number of micro-structural aspects in multi-scale and multi-physics settings. In addition, trends towards the material scale with new fibres and 3D printable concretes, and life-cycle oriented models for ageing and durability of existing and new concrete infrastructure are clearly visible. Overall computational robustness of numerical predictions and mathematical rigour have further increased, accompanied by careful model validation based on respective experimental programmes. The book will serve as an important reference for both academics and professionals, stimulating new research directions in the field of computational modelling of concrete and its application to the analysis of concrete structures. EURO-C 2022 is the eighth edition of the EURO-C conference series after Innsbruck 1994, Bad Gastein 1998, St. Johann im Pongau 2003, Mayrhofen 2006, Schladming 2010, St. Anton am Arlberg 2014, and Bad Hofgastein 2018. The overarching focus of the conferences is on computational methods and numerical models for the analysis of concrete and concrete structures.
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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
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LE BUT DE CETTE THESE EST L'ETUDE PREDICTIVE PAR CALCUL ELEMENTS FINIS DES EFFETS DE LA FISSURATION A L'ECHELLE DE STRUCTURES EN BETON ARME ET PRECONTRAINT SOUMISES A DES CHARGEMENTS STATIQUES, CYCLIQUES ET DYNAMIQUES. POUR LA MODELISATION DU COMPORTEMENT DU BETON, UN MODELE DU COMPORTEMENT MACROSCOPIQUE EST PRESENTE, COUPLANT LA PLASTICITE A L'ENDOMMAGEMENT. POUR LA PARTIE PLASTIQUE, IL S'AGIT D'ADAPTER LA LOI ELASTOPLASTIQUE AU COMPORTEMENT SPECIFIQUE DU BETON. LA (MICRO)FISSURATION DU MATERIAU EST REPRESENTEE A L'ECHELLE MACROSCOPIQUE EN TERMES DE DEFORMATIONS PLASTIQUES, ET L'APPARITION ET L'EVOLUTION DU DOMMAGE PAR L'EVOLUTION DE VARIABLES PLASTIQUES. EN PARTICULIER, LA POROSITE PLASTIQUE MODELISE LA VARIATION IRREVERSIBLE DE L'ESPACE POREUX CONNECTE CREE PAR (MICRO)FISSURATION. CETTE SIGNIFICATION PHYSIQUE EST A LA BASE DU COUPLAGE PHENOMENOLOGIQUE DE LA PLASTICITE ET DE L'ENDOMMAGEMENT: LES EFFETS DU DOMMAGE SONT MODELISES PAR UNE VARIATION DES CARACTERISTIQUES ELASTIQUES FONCTION DE LA VARIABLE D'ENDOMMAGEMENT CHOISIE: LA POROSITE PLASTIQUE. CETTE LOI DE COMPORTEMENT EST UTILISEE AU SEIN D'UN ELEMENT FINI PARTICULIER: L'ELEMENT POUTRE MULTIFIBRE, ISSU DE L'EXTENSION DES APPROCHES MULTICOUCHES AU CAS TRIDIMENSIONNEL. L'OUTIL NUMERIQUE DEVELOPPE PERMET DE PRENDRE EN COMPTE DES PHENOMENES NON LINEAIRES TANT MATERIELS QUE GEOMETRIQUES DANS L'ANALYSE DE STRUCTURES A POUTRES SOUS DES CHARGEMENTS DIVERS AVEC UN TEMPS DE CALCUL RAISONNABLE. POUR L'APPLICATION AU CAS DES STRUCTURES EN BETON PRECONTRAINT, LA FORMULATION PREND EN COMPTE DES DEPLACEMENTS RELATIFS (GLISSEMENT) ENTRE CABLE PRECONTRAINT ET BETON: LA PRECONTRAINTE EST TRAITEE COMME UN PROBLEME DE CONDITION AUX LIMITES A L'INTERFACE ACIER-BETON
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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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Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse portent sur la modélisation et la compréhension du comportement des structures en béton soumises à des chargements de type cyclique et dynamique. Le programme expérimental camus (maquette de bâtiment a échelle 1/3), réalisé sur la table sismique du CEA-Saclay, nous a permis, par une confrontation avec des simulations numériques, de mettre en avant les deux points sensibles du calcul que sont : la prise en compte physique des phénomènes d'amortissement ainsi que la détermination objective d'un critère de ruine sur structure. Afin d'améliorer la prédiction des calculs numériques, le présent travail tente de diminuer l'importance d'une matrice globale d'amortissement au profit d'une représentation locale des dissipations. Ainsi l'hystérésis du matériau, dérivant du frottement entre lèvres de fissures, est décrite par un couplage entre le niveau d'endommagement et la présence de contraintes de frottement sur les plans de décohésion. Ce modèle local, établi dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles, permet de relocaliser la dissipation dans les zones sollicitées et de la corréler au niveau de fissuration. L'implantation numérique du modèle a été réalisée dans un code ef de type poutre multicouches et validée sur des essais de flexion 3 points sur poutres en béton arme. La prise en compte d'un critère de ruine nous a conduits à la question de la localisation des déformations dans des contextes de dynamique lente et rapide. Dans ce but, un modèle visco-endommageable a été implante dans un code de dynamique explicite tridimensionnel permettant de traiter ce problème pour des chargements a grande vitesse de déformation.
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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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CE TRAVAIL PRESENTE L'INVESTIGATION DE LA REPONSE DYNAMIQUE D'UNE STRUCTURE SOUMISE A UN CHARGEMENT DYNAMIQUE, TEL QUE CELUI PROVOQUE PAR UNE EXPLOSION. LES STRUCTURES CONCERNEES SONT DES ELEMENTS DE TYPE BARRE, POUTRE OU PLAQUE EN BETON. LES CHARGEMENTS DYNAMIQUES ENVISAGES SONT DETERMINISTES ET ON MET EN OEUVRE UN CALCUL DE LA REPONSE DE CES STRUCTURES EN UTILISANT UNE MODELISATION DU COMPORTEMENT ENTRANT DANS LE CADRE DE LA THEORIE DE L'ENDOMMAGEMENT DES MATERIAUX QUASI-FRAGILES. CETTE MODELISATION INCLUT DES ASPECTS RHEOLOGIQUES EN PRENANT EN CONSIDERATION LA SENSIBILITE A LA VITESSE DE DEFORMATION ET A L'ACCELERATION DE CETTE DERNIERE. DANS LA PREMIERE PARTIE NOUS FORMULONS UN MODELE MATHEMATIQUE DE COMPORTEMENT LINEAIRE POUR UNE STRUCTURE UNIDIMENSIONNELLE. LA FORMULATION MATHEMATIQUE ABOUTIT A UN OPERATEUR INTEGRO-DIFFERENTIEL DE TYPE VOLTERA ; IL A ETE DISCUTE DE L'EXISTENCE DE SOLUTION ET MONTRE LA REGULARITE DE CELLE-CI SUR LE PLAN MATHEMATIQUE PAR L'APPLICATION DU THEOREME DU POINT FIXE DE BANACH, EN SE SERVANT DU LEMME DE GRONWALL, DU LEMME DE PALEY-WIEINER ET DU THEOREME D'INJECTION DE SOBOLEV. UNE ETUDE DIMENSIONNELLE DU PROBLEME PHYSIQUE ET UNE ANALYSE DE LA DISPERSION DES ONDES ONT MONTRE L'ASPECT DISPERSIF DU MILIEU ET L'EXISTENCE D'UN PARAMETRE QUI CARACTERISE LA ZONE DE LOCALISATION. LA SECONDE PARTIE EST CONSACREE AU COTE NUMERIQUE POUR LE PROBLEME FORMULE EN DEPLACEMENT ET EN SYSTEME A TROIS CHAMPS. NOUS PRESENTONS UN MODELE DE COMPORTEMENT NON LINEAIRE AUQUEL ON A APPORTE UNE CONTRIBUTION NUMERIQUE AVEC UNE CONFRONTATION A L'EXPERIMENTATION (SIMULATION DE L'ESSAI DE COMPRESSION A LA BARRE DE HOPKINSON). LA TROISIEME PARTIE ABORDE LE PROBLEME DE LA FLEXION DES POUTRES AVEC UNE MODELISATION MATHEMATIQUE INSPIREE DU MODELE MONODIMENSIONNEL, EN TRAITANT LES PHASES DE CHARGE ET DECHARGE ET EN UTILISANT UN CHARGEMENT ISSU D'UNE EXPLOSION LUI AUSSI MODELISE. LA CONFRONTATION A L'EXPERIMENTATION EST ASSEZ SATISFAISANTE. ENFIN, EN ANNEXE, NOUS PROPOSONS UNE EXTENSION BIDIMENSIONNELLE DU PRINCIPE DE LA MODELISATION APPLIQUEE A DES PLAQUES.
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Pour déterminer la vulnérabilité et la ruine des structures en béton armé soumises à une onde de choc engendrée par une explosion, le centre d'études de Gramat (c. E. G.) a développé un nouveau modèle de comportement pour le béton. Ce modèle isotrope, base sur la théorie de l'endommagement utilise deux variables scalaires d'endommagement afin de prendre en compte divers phénomènes tels que: la dissymétrie en tension et compression, le caractère unilatéral (ouverture-fermeture de fissures), l'existence de déformations anélastiques, les effets des vitesses de déformation et les effets de frottement. Couplé à une méthode de régularisation de la localisation, ce modèle permet d'assurer une indépendance des résultats vis à vis du maillage. La formulation explicite, sans processus itératif, de cette loi de comportement permet également d'obtenir une certaine rapidité (temps de calcul) et robustesse (instabilités lors de la rupture du béton) lors des simulations numériques. Afin de valider ce modèle de comportement du béton en dynamique, des essais de souffle sur des dalles circulaires en béton arme ont été réalises au c. E. G. A l'aide d'un tube a choc. Des comparaisons calculs/expériences montrent les capacités et possibilités de cette nouvelle formulation
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LE COUPLE DE FISSURATION CONSTITUE LE SEUIL ENTRE DEUX PHASES DU COMPORTEMENT DE STRUCTURES EN BETON SOUS SOLLICITATIONS DE TORSION. SA VALEUR THEORIQUE PEUT ETRE APPREHENDEE PAR DIVERSES LOIS GLOBALES DE CISAILLEMENT QUI CONDUISENT A DES RESULTATS DISPERSES. RECHERCHE D'UNE CONTRIBUTION POUR LE CHOIX ENTRE CES LOIS PAR UNE ANALYSE PROBABILISTE DE L'EVALUATION DU COUPLE DE FISSURATION. LOIS PROPOSEES ACTUELLEMENT POUR DECRIRE LE COMPORTEMENT DU BETON EN TORSION PRENANT EN COMPTE UN COMPORTEMENT LINEAIRE OU NON AVANT FISSURATION. DEVELOPPEMENT D'UN APPROCHE PERMETTANT UN CHOIX RAISONNE ENTRE LES DIFFERENTES LOIS. UTILISATION DE CETTE METHODE A DES ESSAIS DE TORSION PURE DE POUTRES EN BETON, BETON ARME, BETON PRECONTRAINT
Author: Cedric Giry
Author: Günther Meschke
Author: Truong-Giang Nguyen
Author: Franz-Josef Ulm
Author: Kheira Camellia Nehar
Author: Frédéric Ragueneau
Author: Malika Bongué Boma
Author: LARBI.. ZAKI
Author: Christophe Pontiroli
Author: Idriss Benslimane