Prise en compte de la liaison acier-béton pour le calcul des structures industrielles

Modelling of steel-concrete bond slip in the reinforced concrete structural computation

• Auteur / Autrice : Chetra Mang
• Direction : Luc Davenne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique et génie civil
• Date : Soutenance le 20/11/2015
• Etablissement(s) : Paris 10
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Connaissance, langage, modélisation (Nanterre)
• Jury : Président / Présidente : Jacky Mazars
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Davenne, Jacky Mazars, Frédéric Dufour, Panagiotis Kotronis, Ludovic Jason, Gilles Perrin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Dufour, Panagiotis Kotronis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse fonctionnelle non linéaire

Éléments finis, Méthode des

Béton armé

Mots clés libres

Béton armé

Eléments finis

Analyse non-linéaire

Liaison acier-béton

Elément d’interface

Voile

Tirant

Reinforced concrete

Finite elements

Non-linear analysis

Steel-concrete bond

Interface element

Shear wall

Concrete tie

Résumé

Le comportement des structures en béton armé peut s’avérer extrêmement complexe en cas de dépassement de la limite de fissuration du béton. Le caractère composite du béton armé doit être représenté finement. Pour la simulation des structures industrielles, les modèles numériques employés supposent une relation parfaite entre le béton et les armatures qui non seulement ne prennent pas en compte la complexité de la relation entre les deux matériaux mais aussi ne permet pas de présenter finement les caractéristiques de la fissuration étant directement liée à celle des aciers. Dans la littérature, plusieurs méthodes numériques sont proposées pour étudier finement les caractéristiques de la liaison acier-béton, mais toutes ces méthodes posent des difficultés pour les calculs de structures complexes en 3D. En partant des résultats obtenus dans le cadre de la thèse de Torre-Casanova (2012), une nouvelle formation d’un modèle de liaison acier-béton a été développée pour améliorer les performances et la représentativité (comportement cyclique). Ce nouveau modèle a été validé sur un tirant par comparaison avec une solution analytique et des résultats expérimentaux et également testé à l’échelle structurelle pour simuler le comportement d’un voile en cisaillement. Compte tenu de la difficulté pour caractériser numériquement l’ouverture de fissure en cas de fissuration complexe, une nouvelle méthode de post-traitement a également été développée. Finalement, le développement du comportement cyclique de la loi d’adhérence avec enveloppe non-réduite est intégré dans le modèle de liaison acier-béton pour prendre en compte l’irréversibilité du glissement et le boucle d’hystérésis lors du chargement en charge-décharge ou du chargement cyclique. L’application sur un tirant et sur un voile en cisaillement est également effectuée afin d’investiguer le comportement global et local.

Reinforced concrete structure behavior can be extremely complex in the case of exceeding the cracking threshold. The composite characteristics of reinforced concrete structure should be finely presented. In order to compute the industrial structures, a perfect relation hypothesis between steel and concrete is supposed in which not only the complex phenomenon of the two-material relation is not taken into account, but it is also unable to predict the crack characteristics, which is directly linked to the steel. In literature, several numerical methods are proposed in order to finely study the concrete-steel bond behavior, but these methods give many difficulties in computing complex structures in 3D. With the results obtained in the thesis framework of Torre-Casanova (2012), the new concrete-steel bond model has been developed to improve performances (iteration numbers and computational time) and the representation (cyclic behavior) of the initial one. The new model has been verified with analytical solution of steel-concrete tie and validated with the experimental results and equally tested with the structural scale to compute the shear wall behavior. Because of the numerical difficulty in post-processing the crack opening in the complex crack formation, a new crack opening method is also developed. Finally, the cyclic behavior of the bond law with the non-reduced envelope is adopted and integrated in the new bond model in order to take into account the slip irreversibility and the hysteresis during the cyclic load. The application of the model is carried out on a steel-concrete tie and a shear-wall.