Modélisations thermomécanique et numérique du comportement de maçonneries en briques alvéolées en terre cuite sous chargements mécanique et thermique sévères

par Ahmed Sridi

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Hachmi Ben Dhia.

Le président du jury était David Néron.

Les rapporteurs étaient Hamid Zahrouni, Jean-Michel Bergheau.


  • Résumé

    Un des enjeux majeurs de la filière de construction en briques alvéolées est l’amélioration de la tenue au feu de hauts et ambitieux bâtiments, réalisés avec ces briques. L’objet de nos travaux est de développer des modèles thermo-mécaniques et des outils numériques suffisamment prédictifs pour orienter la recherche, par la simulation numérique, de produits améliorés vis-à-vis de la tenue au feu, permettant de diminuer le nombre de coûteux essais expérimentaux. Les contributions principales sont d’ordre méthodologique. Nous avons ainsi établi un dialogue entre les observations, les mesures et les résultats expérimentaux, d’un côté, les modèles et les simulations de l’autre, avec un souci permanent de diminution des coûts des simulations. Ainsi, tirant profit de résultats de mesures réalisées, nous avons développé progressivement des modélisations adaptées, en examinant l’importance des phénomènes thermiques (conduction, convection et rayonnement), en recherchant les « juste-bonnes» (par rapport aux objectifs) relations d’échanges aux multiples interfaces du problème et en introduisant le changement de phase de l’eau liée. Nous avons également été amenés à identifier, par approche inverse, certains paramètres, après avoir identifié les bons mécanismes thermo-mécaniques. Enfin, pour mieux inscrire nos travaux dans une démarche d’aide efficace à la conception, nous avons travaillé dans le cadre multimodèle et multiéchelle Arlequin pour formuler, approcher et résoudre les problèmes thermo-mécaniques résultants, comportant des zones de concentrations du gradient thermique et de singularités mécaniques. L’approche globale, élaborée et testée, en utilisant différents codes et en développant des parties d’autres, montre une capacité réelle à améliorer les calculs des structures en briques alvéolées, soumises à des chargements thermo-mécaniques.

  • Titre traduit

    Thermo-mechanical and numerical modeling of the behavior of hollow clay brick masonry under severe mechanical and thermal load


  • Résumé

    One of the major challenges of the hollow clay brick industry nowadays is to improve the fire resistance of ambitiously tall buildings, constructed with this type of bricks. The objective of our work is to develop thermo-mechanical models and related predictive numerical tools to guide the research of improved fire-performance products and therefore reduce the number of expensive experimental tests. Our main contributions are methodological. With a permanent concern of reducing the simulation costs, we establish a dialogue between observations, measurements and experimental results, on the one hand, models and simulations on the other hand. In this regard, measurements, obtained during the experimental tests we carried out, are used to progressively develop relevant models, by examining the importance of thermal phenomena (conduction, convection and radiation), by looking for the just right transfer relations (with respect to our objectives) at the multiple interfaces of the problem and by considering the phase change of bound water. After identifying the good thermo-mechanical mechanisms, we calibrate some numerical parameters by solving an inverse problem. Moreover, to efficiently help the design of new products, we employ the multi-model and multi-scale Arlequin framework to formulate, approximate and solve resulting thermo-mechanical problems. The latters include areas of thermal gradient concentrations and mechanical singularities. Our global approach implemented and tested by developing codes and enriching others, shows a real ability of our methodology to efficiently compute structures made of hollow bricks, when subjected to thermomechanical load.


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