Enriched elasto-plastic beam model

par Grégoire Corre

Thèse de doctorat en Structures et Matériaux

Sous la direction de Karam Sab.

Soutenue le 19-04-2018

à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Laboratoire Navier (Paris-Est) (laboratoire) et de Laboratoire Navier / NAVIER UMR 8205 (laboratoire) .

Le président du jury était Bernadette Miara.

Le jury était composé de Karam Sab, Xavier Cespedes, Arthur Lebée, Mohammed Khalil Ferradi.

Les rapporteurs étaient Patrice Cartraud, David Ryckelynck.

  • Titre traduit

    Modele de poutre elasto-platique enrichi


  • Résumé

    Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un partenariat scientifique entre le Laboratoire Navier et la société STRAINS. Convaincue du besoin de renouveler les méthodes actuelles de calcul de structures, STRAINS développe un nouveau logiciel dédié à l'analyse des ouvrages d'art. Dans ce contexte, cette thèse propose de nouveaux outils pour l'analyse des structures élancées. Le modèle élastique de poutre d'ordre supérieur développé par cite{Ferradi2016} est d'abord adapté au cas des déformations imposées, permettant ainsi au modèle de représenter un grand nombre de phénomènes physiques tels que le fluage, la précontrainte ou les chargements thermiques. Différents exemples viennent souligner la précision numérique du modèle ainsi que ses performances en temps de calcul. Le modèle est également étendu au cadre de la théorie de la plasticité. Considérant les déformations plastiques comme des déformations imposées, les résultats précédemment obtenus sont utilisés pour développer une nouvelle cinématique d'ordre supérieur. Enfin, un nouvel élément de poutre élastoplastique pour le béton armé est proposé. Le béton est décrit grâce au modèle élastoplastique et les ferraillages sont modélisés par des éléments barres à une dimension. Cette méthode permet une description précise du comportement du béton et une représentation fidèle des renforcements. La validité des calculs est évaluée par des considérations de dissipation énergétique


  • Résumé

    This thesis work is presented in the framework of a scientific partnership between Laboratoire Navier and the french start-up STRAINS. Believing in the need for new methodologies in structural analysis, STRAINS is developing a new software dedicated to the structural analysis of bridges. In this context, this work suggests new tools for the analysis of slender structures.The higher-order elastic beam element developed by cite{Ferradi2016} is first extended to the case of eigenstrains, enabling the model to deal with various physical phenomena such as creep, prestress or thermal loads. An enriched kinematics is used to capture the local response of the structure. Different examples highlight the local accuracy of the model and its fast computational performances. The model is also extended to plasticity in small perturbations. Considering the plastic strains developing in the structure as eigenstrains, the previous works are used to derive a higher-order elastoplastic kinematics.Finally, a new elastoplastic beam element for reinforced concrete is suggested. The concrete material is described by using the elastoplastic beam model developed previously while steel rebars are modeled by one dimensional bar elements. This method enables a fine local description of the concrete behavior and an accurate representation of the reinforcement. The validity of computations is assessed thanks to energy considerations


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