Nouveau macroélément pour l’évaluation de la vulnérabilité des bâtiments en béton armé de type poteaux-poutres soumis à des chargements dynamiques sévères

A novel macroelement to assess the vulnerability of reinforced concrete frame stuctures under severe dynamic loadings

• Auteur / Autrice : Androniki-Anna Doulgeroglou
• Direction : Panagiotis Kotronis, Giulio Sciarra
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 13/10/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Claudio Tamagnini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Panagiotis Kotronis, Giulio Sciarra, Claudio Tamagnini, Delphine Brancherie, Stéphane Grange, Silvano Erlicher, Catherine Bouillon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Delphine Brancherie, Stéphane Grange

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions -- Dynamique

Théorie des poutres

Résistance des matériaux

Simulation par ordinateur

Éléments finis, Méthode des

Constructions en béton armé

Mots clés libres

Béton armé

FEM

Diagrammes d’interaction

Poutre Timoshenko

E-FEM

Discontinuité forte

Reinforced concrete

FEM

Interaction diagrams

Timoshenko beam

E-FEM

Strong discontinuity.

Résumé

Cette thèse est réalisée en collaboration avec Ecole Centrale de Nantes et Groupe- ESSOR (thèse CIFRE). L’objectif principal est de développer un outil simplifié, basé sur le concept du macroélément, la théorie des poutres et la Méthode des Eléments Finis Intégrés (E-FEM), pour étudier numériquement la vulnérabilité des structures en Béton Armé (BA) de type poteaux-poutres soumises à des chargements dynamiques sévères et leur comportement jusqu’à la rupture. Un modèle aux éléments finis en 3D est d’abord établi et des lois de comportement appropriées sont adoptées. Des simulations numériques sont effectuées, en considérant plusieurs combinaisons de chargement en 3D en termes de force axiale, force du cisaillement et moment fléchissant, afin d’identifier des états caractéristiques de la réponse de la section de la poutre. Des diagrammes d’interaction en3D pour des sections carrées en BA avec des armatures positionnées symétriquement sont obtenus et un modèle de comportement simplifié en forces généralisées est implémenté dans un élément fini poutre Timoshenko. Le comportement adoucissant jusqu’à la rupture est finalement reproduit par le couplage du modèle continu généralisé à un modèle cohésif, qui décrit la réponse en termes de force généralisée-saut de déplacement généralisé, avec l’E-FEM. Des comparaisons aux résultats expérimentaux démontrent la performance de nouveau macroélément, qui en étant simple d’utilisation et rapide, est approprié pour des applications d’ingénierie.

This thesis has been carried out in collaboration with Ecole Centrale Nantes and Groupe- ESSOR (thèse CIFRE). The main objective is to develop a simplified tool, based on the macroelement concept, beam theory and the Embedded Finite Element Method (E-FEM), to numerically study the vulnerability of Reinforced Concrete (RC) frame structures subjected to severe dynamic loads and their behavior till failure. A 3D finite element model of a RC structural element is first built and suitable constitutive laws are adopted. Numerical simulations, considering various 3D loading combinations of axial, shear and flexural loads, are carried out to identify characteristic states of the beam sectional response.3D interaction diagrams for symmetrically reinforced concrete square sections with various reinforcement ratios are obtained and a simplifiedstress-resultant constitutive model is implemented in a Timoshenko beam finite element. The softening behavior till failure is finally reproduced by coupling the continuous stress-resultant model to a cohesive model, which describes the response in terms of generalized force-generalized displacement jumps, within E-FEM. Comparisons with experimental results show the performance of the novel macroelementthat being simple and computationally fast is suitable for engineering design purposes.