Ebranlement de structures en béton armé soumises à un phénomène transitoire

Shaking of reinforced concrete structures subjected to transient dynamic analysis

• Auteur / Autrice : Christophe Rouzaud
• Direction : Fabrice Gatuingt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 30/03/2015
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pratiques (1998-2015 ; Cachan, Val-de-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Deü
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Deü, François Toutlemonde, Sergueï Potapov, Pierre Argoul, Michael Brun, Olivier Dorival, Nadim Moussallam, Guillaume Hervé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Deü, François Toutlemonde

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton armé

Installations nucléaires

Mots clés libres

Analyse fréquentielle

Impact d'avion

Installation nucléaire

TVRC

Frequency approach

Aircraft impact

Nuclear engineering structures

VTRC

Résumé

Les méthodologies actuelles permettant d’évaluer les effets d’ébranlement d’une structure de génie civil reposent sur des analyses EF transitoires par intégration directe ou projection sur la base modale, rarement non linéaires. L’aspect linéaire n’est pas remis en question dès lors que l’on se place hors de la zone de choc, néanmoins la non linéarité de la partie de la structure impactée peut avoir une influence non négligeable. Les méthodologies actuelles permettant d’évaluer les effets d’ébranlement d’une structure de génie civil reposent sur des analyses EF transitoires par intégration directe ou projection sur la base modale, rarement non linéaires. Les accélérations induites servent à établir les spectres de réponse d’oscillateurs simples. L’aspect linéaire n’est pas remis en question dès lors que l’on se place hors de la zone de choc, néanmoins la non linéarité de la partie de la structure impactée peut avoir une influence non négligeable. Une démarche découplée d’analyse, consistant à traiter dans une première phase les aspects non linéaires de la zone de choc doit faire dans un premier l’objet d’une étude paramétrique visant à déceler l’influence des non linéarités dans le signal d’ébranlement.Cette première analyse a pour but de déterminer la modification du signal source de l’ébranlement en amplitude et en fréquence. En conclusion de cette première phase la quantification des modifications apportées au signal d’entrée par la nature de la cible doit pouvoir être estimée. Pour cela, différentes modélisations non linéaires de la zone d’impact seront testées en s’appuyant sur les travaux déjà réalisés. A l’issue de cette première étape, la mise en œuvre d’une méthode de traitement de l’ébranlement par l’utilisation de la TVRC (Théorie Vibrationnelle des Rayons Complexes) sera entreprise. Cette méthode consiste en une première décomposition FFT (Fast Fourier Transform) du signal de chargement. La TVRC assure le transfert du signal décomposé dans la structure. Les signaux obtenus sont ensuite traités en FFT inverse (IFFT) pour reconstituer un signal temporel puis un spectre de réponse. Les verrous scientifiques et points à résoudre susceptibles d’apparaître dans cette phase portent essentiellement sur : -la caractérisation de l’amortissement en fonction de la fréquence, donnée nécessaire à la bonne application de la TVRC - la caractérisation de la discrétisation de l’IFFT de sortie afin de reconstituer un signal juste. Cette démarche reposera sur des solutions analytiques connues sur des gammes de fréquence variées, -l’adaptabilité au GCN des « éléments » de TVRC disponibles actuellement dans la littérature: plaques, coques, tronc de cône. L’usage d’un spectre de sortie en pseudo-accélération doit être mis en question au regard des recommandations NRC vis-à-vis de son contenu corrélé aux pseudo-déplacements correspondants.

In the design of nuclear engineering structures security and safety present a crucial aspect. Civil engineering design and the qualification of materials to dynamic loads must consider the accelerations which they undergo. These accelerations could integrate seismic activity and shaking movements consecutive to aircraft impact with higher cut-off frequency. Current methodologies for assessing this shock are based on transient analyses using classical finite element method associated with explicit numerical schemes or projection on modal basis, often linear. In both cases, to represent in meaningful way a medium -frequency content, it should implement a mesh refinement which is hardly compatible with the size of models of the civil engineering structures. In order to extend industrial methodologies used and to allow a better representation of the behavior of the structure in medium-frequency, an approach coupling a temporal and non-linear analysis for shock area with a frequency approach to treatment of shaking with VTCR (Variational Theory of Complex Rays) has been used. The aim is to use the computational efficiency of the implemented strategy, including medium frequency to describe the nuclear structures to aircraft impact.