Modélisation du comportement mécanique des structures en bétons fibrés à ultra-hautes performances

Numerical modeling of the mechanical behavior of ultra high performance fiber reinforced concrete structures

• Auteur / Autrice : Romain Gontero
• Direction : Alain Sellier, Luca Sorelli, Thierry Vidal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 23/08/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3 en cotutelle avec Université Laval (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire matériaux et durabilité des constructions (Toulouse ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Charles-Darwin Annan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eugen Brühwiler, Elsa Nguyen Phuong Amanjean
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Rossi, Bruno Massicotte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton de fibres

Béton de fibres

Mots clés libres

Numérique

Béton fibré

Modélisation

Mécanique

Modeling

Mechanical

Numerical

Fiber reinforced concrete

Résumé

Un modèle de comportement mécanique des bétons fibrés est développé et implanté dans le logiciel élément fini Cast3m. Il vient compléter le modèle de fissuration orthotrope du béton Fluendo3D, en ajoutant la capacité de traiter des matériaux à fibres courtes, cylindriques et rectilignes. Ce modèle, qui s'appuie sur des essais et modèles de la littérature, permet d'apporter des éléments de compréhension du comportement de ce type de matériau, et notamment concernant le phénomène de multi-fissuration. La caractérisation des phénomènes mis en jeu durant l'extraction des fibres est le point de départ de cette étude. Les effets de l'inclinaison des fibres par rapport à la direction d'extraction sont pris en compte et interviennent dans le comportement du modèle qui présente la capacité d'utiliser des orientations préférentielles de fibres. Le phénomène de multi-fissuration est représenté grâce à une loi d'effet d'échelle de Weibull qui permet de tenir compte de la dispersion des résistances à la traction du béton et d'expliquer le développement de la multi-fissuration. Cette représentation permet d'obtenir des distributions d'ouvertures de fissures dans des macro-éléments finis, et apporte donc une nouvelle précision dans le calcul des ouvertures de fissures dans des structures de grandes dimensions.

A model for the mechanical behavior of fiber-reinforced concrete is developed and implemented in Cast3m finite element software. It completes the orthotropic concrete cracking model Fluendo3D, by adding the ability to treat materials with short, cylindrical and straight fibers. This model, which is based on tests and models from the literature, provides elements of understanding of the behavior of this type of material, especially concerning the phenomenon of multi-cracking. The characterization of the phenomena involved during the extraction of the fibers is the starting point of this study. The effects of the inclination of the fibers with respect to the direction of extraction are taken into account and intervene in the behavior of the model which presents the capacity to use preferential orientations of fibers. The multi-cracking phenomenon is represented by a Weibull scaling law that allows to take into account the dispersion of the concrete tensile strengths and to explain the development of multi-cracking process. This representation makes it possible to obtain crack opening distributions in macro-finite elements, and thus brings a new precision in the calculation of cracks openings in large structures.