Simulation du comportement de structures ''steel-concrete-steel'' sous chargement mécanique

Modeling of the behavior of a ''steel-concrete-steel'' structures under mecanical loading

• Auteur / Autrice : Robine Calixte
• Direction : Luc Davenne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, Génie Mécanique, Génie Civil
• Date : Soutenance le 13/10/2021
• Etablissement(s) : Paris 10
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Connaissance, langage, modélisation (Nanterre, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energétique Mécanique Electromagnétisme (Nanterre)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Dufour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Davenne, Frédéric Dufour, Mohammed Hjiaj, Frédéric Ragueneau, Ludovic Jason, Cédric Giry, Sylvie Michel-Ponnelle, Julien Niepceron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohammed Hjiaj, Frédéric Ragueneau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Essais dynamiques

Modèles mathématiques

Construction mixte

Mots clés libres

Essai push out

Structures composites Steel-Concrete-Steel

Degré d'action composite

Action composite complète

Action composite partielle

Modelisation numérique

Push-out test

Steel-Concrete-Steel composite structures

Composite action degree

Full composite action

Partial composite action

Numerical modelling

Résumé

Les structures « Steel-Concrete-Steel » (SCS) sont des structures composites combinant des plaques d’acier et un cœur de béton à l’aide d’un système de connexion. Leur fortes résistance, rigidité, durabilité, étanchéité et leur modularité en font un choix de structure de plus en plus concurrentiel pour la construction d'immeubles de grande hauteur, des tunnels submergés ou encore dans le domaine du nucléaire. Pour permettre leur utilisation et afin de mieux comprendre, caractériser et prédire leurs comportements, des études numériques sont réalisées. Ces travaux présentent une méthodologie fine de modélisation des structures SCS. La stratégie développée permet entre autres, de reproduire finement la réponse du béton autour des connecteurs, zone dans laquelle ce matériaux subit d’importantes sollicitations de compression et cisaillement localisées, ainsi que le cisaillement des connecteurs, l’un des phénomènes à l’origine de la ruine de la zone de connexion. Appliquée dans un premier temps à des essais push-out, puis à des poutres SCS en flexion, ces modélisations permettent d’observer les variations de comportement observables entre des structures SCS à action composite complète et partielle. À partir de cette modélisation fine, une stratégie de modélisation simplifiée est également développée et appliquée à l’étude de jonction d’ossature SCS. Cette étude permet d’analyser la réponse et d’identifier les points faibles de ce type de structure complexe.

Steel-Concrete-Steel (SCS) structures are sandwich composite structures combining steel plates and a concrete core through a connection system. Their high strength, stiffness, durability, sustainability and modularity make them an increasingly competitive choice of structure for the construction of high-rise buildings, submerged tunnels or even in the nuclear field. To enable their use and to better understand, characterize and predict their behavior, numerical studies are conducted. This work presents a refine methodology to modelling SCS structures. The developed strategy allows, among other, to finely reproduce the response of the concrete around the connectors, an area in which this material is exposed to significant localized compression and shear stresses, as well as the shear behavior of the connectors, one of the phenomena at the origin of the failure of the connection system. Applied first to a push-out test, then to SCS beams in bending, these modelling allow to observe the variations of behavior that can be seen between full and partial composite action SCS structures. Based on this refine modelling, a simplified modelling strategy is also developed and applied to the study of SCS structural connection. This study allows to analyze the response and to identify the weak points of this type of complex structure.