Modélisation simplifiée 3D de l'intéraction sol-structure : application au génie parasismique

par Stéphane Grange

Thèse de doctorat en Mécanique. Génie mécanique. Génie civil

Sous la direction de Jacky Mazars et de Panagiotis Kotronis.

Soutenue en 2008

à Grenoble INPG .


  • Résumé

    Dans le domaine du génie parasismique, l’Interaction du Sol avec la Structure (ISS) est un phénomène important à considérer pour espérer rendre compte du comportement réel d’une structure et donc évaluer sa vulnérabilité. Ce travail présente la construction d’un élément d’interface 3D modélisant une fondation superficielle de forme circulaire, rectangulaire ou filante reposant sur un massif de sol semi infini et permettant de prendre en compte l’ISS en considérant les non-linéarités matérielles (la plasticité du sol) et les non-linéarités géométriques (le décollement de la fondation). Basé sur la méthode des macro-éléments, cet élément permet de travailler en variables globales (forces et déplacements) et comporte 5 degrés de libertés. Tous les éléments du torseur d’effort appliqués à la fondation sont présents excepté le moment de torsion qui n’est pas pris en compte. Cette description globale permet ainsi de simplifier le modèle en minimisant d’une part la préparation des données et du maillage et d’autre part les temps de calculs. Les nonlinéarités sont traitées grâce aux théories classiques de plasticité et peuvent ainsi être couplées de manière simple selon la théorie des multi-mécanismes. Une description mathématique de chaque mécanisme est proposée. Le macro-élément est implémenté dans FedeasLab, un code élément finis développé dans Matlab. Des comparaisons avec des résultats expérimentaux d’une fondation soumise à des chargements cycliques, ainsi que dynamiques mais aussi des simulations modélisant des ouvrages d’arts (bâtiment, pont. . . ) montrent le bon fonctionnement du macro-élément 3D d’ISS. Enfin, l’efficacité et la robustesse de ce genre d’outils permettent de faire des analyses paramétriques faisant évoluer plusieurs paramètres de sols qui seront présentées à l’issue de cette thèse.

  • Titre traduit

    A 3D macro-element to simulate soil-structure interaction for earthquake engineering


  • Résumé

    In structural engineering, Soil-Structure Interaction (SSI) is an important phenomenon that has to be taken into account. This paper presents a 3D non linear interface element able to compute SSI for rigid circular, rectangular or strip shape footings considering two types of non-linearties. A material non-linearity (plasticity of the soil) and a geometrical non-linearity (uplift mechanism). Several approaches exist to take this phenomenon into account: the following work is based on the "macro-element" concept. The particularity of the macro-element lies in the fact that the movement of the foundation is entirely described by a system of generalised variables (forces and displacements) defined in the foundation centre with five degrees of freedom. Torque moment is not taken into account. The non linear behaviour of the soil and the uplift mechanism are reproduced using the classical theory of plasticity. Coupling of the different mechanisms is straight forward following the multi-mechanism theory. The element is able to simulate the 3D behaviour of a rigid shallow foundation under static and dynamic loadings. It is implemented into FedeasLab, a finite element Matlab toolbox. Comparisons with experimental results on foundations but also civil engineering structures (buildings and bridges. . . ) under monotonic, cyclic and dynamic loadings show the good performance of the approach. The efficiency of this new tool allows us doing further parametrical studies for different soils that are presented at the end of this document.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2008 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Modélisation simplifiée 3D de l'intéraction sol-structure : application au génie parasismique

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Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 69 réf.

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