Interaction fluide structure et analyse sismique pour les déformations non linéaires de réservoirs

Nonlinear fluid-structure interaction for multi-dimensional seismic analyses of liquid storage tanks

• Auteur / Autrice : Zuhal Ozdemir
• Direction : Mhamed Souli, Erdal Safak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 18/01/2010
• Etablissement(s) : Lille 1 en cotutelle avec Boǧaziçi üniversitesi (Istanbul)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille ; 1992-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ancrage (construction)

Élastoplasticité

Flambage (mécanique)

Ballottement (hydrodynamique)

Interaction sol-structure

Interaction fluide-structure

Effets des séismes

Propriétés mécaniques

Réservoirs de stockage

Mots clés libres

Déformations non linéaires

Fluid-structure interaction

Résumé

Dans cette thèse, les algorithmes numériques pour la simulation des problèmes d'interaction fluide-structure, basés sur la formulation Lagrangienne pour la structure, et la formulation Arbitraire Euler Lagrange pour le fluide, ont été validés sur des cas simples, structure rigide ou linéaire élastique, permettant de comparer les résultats numériques aux résultats théoriques et expérimentaux existants. Ces algorithmes ont été appliquées à des cas concrets, où les non linéarités géométrique et matérielle de la structure et le comportement non linéaire du ballottement du liquide sont pris en considération. Les simulations numériques permettent d’évaluer le comportement réel d’un réservoir cylindrique contenant un fluide, en contact avec le sol, et soumis à des mouvements à partir de sa base. Les codes de conception sismique définissent généralement le mouvement du sol lors d’un séisme, sous forme de réponse en accélération. Les courbes d’accélération sont généralement déterminées en utilisant les techniques basées sur les méthodes spectrales compatibles avec le code Sismique Turc (2007). En plus des deux composants horizontales du mouvement du sol, la composante verticale est prise en considération afin de déterminer l'importance du mouvement vertical relatif au sol sur les comportements des réservoirs avec ancrage et sans ancrage. Pour répondre à la question clé, concernant l’importance de l’ancrage des réservoirs de stockage, afin d’éviter fracture et fissure de la structure, des simulations numériques sont réalisées sur le même modèle de réservoir avec deux conditions de support différents, avec ancrage et sans ancrage.

In this thesis, fluid-structure interaction algorithms based on the Lagrangian formulation for the structure and the Arbitrary Lagragian Eulerian formulation for the fluid have been used. These algorithms can take into account the effects of geometric and material nonlinearities of the tank and nonlinear sloshing behavior of contained liquid is utilized to evaluate the actual behavior of steel cylindrical ground supported liquid storage tanks when subjected to realistic base motions. Since seismic design codes generally define ground shaking in the form of an acceleration response spectrum, earthquake ground motions is selected and processed using spectrum matching techniques in time domain to be compatible with the Turkish Seismic Design Code (2007) spectra. In addition to two horizontal components of ground motion, the vertical component is also taken into account in order to determine relative importance of vertical ground motion on the behaviors of anchored and unanchored tanks. In order to clarify the key question of tank problems whether anchoring would prevent earthquake damage to the tank, numerical analyses are carried out on the same tank model having two different support conditions: anchored and unanchored. The consistency of the provisions presented in current tank seismic design codes and finite element method analysis results are evaluated and recommendations on seismic tank design codes are presented.