Essais hybrides sur sous-structures en béton armé : vers le temps réel en non-linéaire.

Hybrid tests on reinforced concrete sub-structures : towards real time with nonlinear damageable models.

• Auteur / Autrice : Bastien Bodnar
• Direction : Walid Larbi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur spécialité Mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 31/08/2020
• Etablissement(s) : Paris, CNAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMSSC - Laboratoire de Mécanique des structures et des systèmes couplés

Mots clés

Mots clés libres

Génie parasismique

Essais hybrides

Béton armé

Méthodes numériques

Mécanique des structures

Earthquake engineering

Hybrid testing

Reinforced concrete

Numerical methods

Structural mechanics

Résumé

Ces dernières années ont vu un essor très important dans le domaine du calcul numérique et de la prévision de la tenue des structures soumises à différents types de chargements mécaniques, thermiques et/ou chimiques. Les modèles de matériaux développés permettent d'intégrer, dans les analyses des comportements, des phénomènes de plus en plus fins (plastification, fissuration, anisotropie, vieillissement, ...). Il est toutefois clair qu'aujourd'hui, en présence de structures 3D soumises à̀ des chargements complexes, la majorité des modèles est inapte à̀ toute analyse prédictive fiable et robuste. La fiabilité nécessaire à l'étude de certains sites à risques ne peut donc pas encore se passer complètement d'expérimentation sur structures. Une alternative aux essais classiques (dynamique sur structures ou statique sur éléments de structure) permet de combiner les calculs et les essais. Il s'agit d'analyses hybrides (Nakashima et al. 1992) dans lesquelles, tout ou partie d'une structure est modélisée, où seule la zone critique étudiée est testée en bénéficiant de l'environnement réaliste obtenu par calculs (Pegon & Pinto 2000). Les résultats expérimentaux pas à pas servent de conditions aux limites du calcul numérique et le calcul numérique permet de prédire les chargements expérimentaux réels à imposer. Par ailleurs, le développement de modèles de plus en plus fins nécessite des essais structuraux maîtrisés et des mesures mécaniques adéquates (mesures de champs par exemple (Hild 2002). Les essais pseudo-dynamiques avec sous-structuration permettent de fournir un environnement réaliste aux éléments testés tout en bénéficiant des avantages des essais de laboratoire au niveau contrôle et mesure. Des développements ont pu être menés permettant de prendre en compte dans la partie simulée des comportements fins de modèles matériaux mêlant fissuration, anisotropie et déformation permanente dans les lois de comportement (Lebon 2011), le tout combinant dialogue implicite pas à pas dans la résolution de l'équation globale de la dynamique. De même (Moutoussamy 2013) a permis de mettre en évidence la possibilité d'asservir un mouvement de table sismique à la réponse non-linéaire d'un système à 1 degré de liberté. Une meilleure prise en compte des différents mécanismes non-linéaires tels que la viscosité tend à remettre en cause le principe des essais hybrides pour lesquels le temps expérimental est dilaté. La prise en compte du temps réel nécessite des efforts à différents niveaux : pilotage et contrôle, échange de données, calculs non-linéaires à haute vitesse (Horiuchi et al. 1996). De même des résultats récents sur des éléments de structure à l'échelle 1 (Iskef 2016, Hervé-Secourgeons 2019) montrent l'importance de la prise en compte du comportement spécifique des jonctions(poutres-poteaux ou voile-plancher) en béton armé pour la réponse de la structure.

In recent years there has been a very important development in the field of numerical simulation and prediction of the strength of the structures submitted to different types of mechanical, thermal and/or chemical loads. The behavior of material developed make it possible to integrate increasingly refined phenomena (plasticization, cracking, anisotropy, ageing, etc.) into analyses. It is however clear that today, in the presence of 3D structures subjected to complex loads, the majority of models are unsuitable for any reliable and robust predictive analysis. The fiability necessary for the study of certain high-risk sites cannot yet completely do without experimentation on structures. As an alternative to conventional testing (dynamic on structures or static on structural elements), it is possible to combine calculations and tests.These are hybrid analyses (Nakashima et al. 1992) in which all or part of a structure is modelled, where only the critical area studied is tested, taking advantage of the realistic environment obtained by calculations (Pegon & Pinto 2000).The step-by-step experimental results serve as boundary conditions for the numerical calculation, and the numerical calculation predicts the actual experimental loads to be imposed. Moreover, the development of increasingly fine models requires controlled structural tests and adequate mechanical measurements (e.g. field measurements (Hild 2002). Pseudo-dynamic testing with sub-structuring provides a realistic environment for the tested elements while benefiting from the advantages of a laboratory facility for the control and measurements. Developments have been carried out to take into account in the simulated part of the fine behavior of material models mixing cracking, anisotropy and permanent deformation in the behavior laws (Lebon 2011), all combining implicit dialogue step by step in the resolution of the global equation of dynamics. In the same way (Moutoussamy 2013), it was possible to highlight the possibility of making a seismic table movement dependent on the non-linear response of a system with 1 degree of freedom. A better consideration of the different non-linear mechanisms such as viscosity tends to call into question the principle of hybrid tests for which the experimental time is expanded.Taking into account real time requires efforts at different levels: piloting and control, data exchange, non-linear calculations at high speed (Horiuchi et al. 1996).Similarly, recent results on scale 1 structural elements (Iskef 2016, Hervé-Secourgeons 2019) show the importance of taking into account the specific behaviour of reinforced concrete junctions (beam-columns or web-floor) for the response of the structure.