Contribution à la modélisation numérique du comportement du béton et des structures en béton armé sous sollicitations thermo-mécaniques à hautes températures

= Contribution to numerical modeling of concrete and reinforced concrete structures under thermo-mechanical loadings at high temperatures

• Auteur / Autrice : Grégory Heinfling
• Direction : Jean-Marie Reynouard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés thermiques

Simulation par ordinateur

Construction en béton

Construction en béton armé

Béton armé

Résumé

Ce travail concerne le développement d'un modèle de comportement du béton en situations d'incendies ou d'accidents nucléaires. Dans la gamme de températures concernée (20°C-1200°C), la microstructure du béton subit des modifications physicochimiques qui influencent son comportement. Dans le cadre d'une analyse thermomécanique chaînée, les phénomènes à prendre en compte sont les variations des caractéristiques thermiques et mécaniques et la dépendance de la réponse du béton à 1 'historique des chargements thermique et mécanique. Un modèle est proposé dans le cadre de la thermo plasticité. Les variations irréversibles des caractéristiques sont introduites. Un critère de plasticité multi surfaces prenant en compte en compression l'accroissement de sensibilité au confinement avec la température est construit. La fissuration est traitée dans ce cadre de plasticité. La sensibilité de la solution numérique au maillage due à l'introduction du comportement adoucissant est partiellement résolue par la méthode d'Hillerborg. Un modèle phénoménologique est utilisé pour le calcul des déformations d'interaction thermomécanique. Des structures en béton soumises à de hautes températures sont analysées. La capacité du modèle à restituer la dépendance à 1 'historique des chargements est vérifiée. Les effets de différentes hypothèses concernant l'évolution de l'énergie de fissuration du béton sont étudiés. Un radier de bâtiment réacteur de centrale nucléaire sous l'effet du corium est analysé. Les résultats mettent en évidence l'effet des déformations d'interaction. Une contribution à l'analyse du phénomène d'éclatement à hautes températures est proposée. Le béton est modélisé dans le cadre de la mécanique des milieux poreux. Le modèle thermoplastique est appliqué à l'analyse du comportement du squelette par l'intermédiaire de la contrainte effective. Une méthode d'évaluation des pressions de pores et du coefficient de Biot est proposée. Le comportement de spécimens est analysé.

This work concerns the development of a numerical model for concrete under tire or nuclear accident conditions. Within the temperature range concerned (20°C-1200°C), the behavior of concrete is affected by the physical and chemical changes of its microstructure. Within the framework of an uncoupled thermo mechanical analysis, the phenomena that have to be accounted for are the temperature dependency of the thermal and mechanical properties of concrete as well as the dependency of the response of concrete on the combined thermal and mechanical loading history. A thermo plasticity based model is proposed for the compressive and the cracking behavior of concrete. The irreversible variations of the properties of concrete are introduced. A multisurface plasticity criterion which accounts for the increasing sensitivity of compressive strength to hydrostatic pressure is developed. The pathological mesh dependency of the numerical solution is partially solved with help of the Hillerborg method. A phenomenological model is used for the evaluation of the thermo mechanical interaction strains. Structures submitted to high temperatures are analyzed. The capability of the model to describe the load and temperature history dependency of the response is checked. The effects of different hypotheses concerning the evolution of the fracture energy of concrete are studied. The behavior of a nuclear power plant raft in accidental conditions is analyzed. The results emphasize the importance of the thermo mechanical interaction on the predicted behavior of the structures. A contribution to the analysis of the spalling of concrete at high temperatures is proposed. The concrete is modeled within the framework of the mechanics of porous media. The thermoplastic model is a pp lied to the analysis of the skeleton through the effective stress. A simplified method for the evaluation of pore pressures and Biot coefficient is proposed and the behavior of concrete specimens is analyzed.