Damage analysis of reinforced concrete structures : hybrid substructuring methods coupled with a anisotropic damage model
Analyse de l'endommagement des structures de génie civil : techniques de sous-structuration hybride couplées à un modèle d'endommagement anisotrope
Résumé
The seismic analysis of civil engineering structures is a major problem for the safety of the persons and the sustainability of the structures. The experimental study allows to understand the real behavior of the structure but causes problems of important cost and often inevitable scale effect owed in dimension of the structures. On the other hand, the numerical study proposes a good estimate of the global behavior but the accurate modelling of the local phenomena (cracking, losses of material, buckling, large displacements) in the strongly damaged zones is delicate and often insufficient. This work of this thesis proposes the elaboration of a hybrid technique of sub-structuring to couple a numerical model with an experimental platform. So, the weakly damaged part of the structure is numerically modelled whereas the strongly damaged part is experimentally tested. This method allows to couple the precision and the realism of the experimental with the numerical moderate cost without losing however in precision. Having elaborated a few intrusive hybrid method of coupling for the code of calculation (Cast3m), a anisotropic damage model adapted for seismic load (unilateral effect, permanent strains) is developed within the framework of the thermodynamics of the continuous media. To validate the hybrid method, an experimental study is led on a typical reinforced concrete structure. The cracking of the experimental part is studied thanks to images correlation. This work thus exposes an interesting alternative to the classic analyses of the important structures subjected to complex loading.
L'analyse sismique des structures de génie civil est une problématique majeure pour la sécurité des personnes et la pérennité des ouvrages. L'étude expérimentale permet de comprendre le comportement réel de la structure mais occasionne des problèmes de coût important et d'effet d'échelle souvent inévitable dû aux dimensions des structures. D'un autre côté, l'étude numérique propose une bonne approximation du comportement global mais la représentation précise des phénomènes locaux (fissuration, perte de matière, flambement, grands déplacements) dans les zones fortement endommagées est délicate et souvent insuffisante. Ce travail de thèse propose l'élaboration d'une technique de sous-structuration hybride pour coupler un modèle numérique à une plateforme expérimentale. Ainsi, la partie faiblement endommagée de la structure est modélisée numériquement tandis que la partie fortement endommagée est testée expérimentalement. Cette méthode permet de coupler le réalisme de l'expérimental avec le faible coût numérique sans toutefois perdre en précision. Après avoir élaboré une méthode de couplage hybride peu intrusive pour le code de calcul (Cast3m), un modèle d'endommagement anisotrope adapté aux chargement sismique (effet unilatéral, déformations permanentes) est développé dans le cadre de la thermodynamique des milieux continus. Afin de valider la méthode hybride, une étude expérimentale est menée sur une structure type en béton armé. La fissuration de la partie expérimentale est étudiée grâce à la corrélation d'images. Ce travail expose donc une alternative intéressante aux analyses classiques des structures importantes soumises à des sollicitations complexes.
Origine : Version validée par le jury (STAR)