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EDFElectricitéde France
Modélisation du comportement sismique non-linéaire de structures en béton armé :
qualification expérimentaleG. Heinfling S. Moulin N. Ile
EDF/DIN/SEPTEN EDF/R&D/AMA INSA de Lyon/URGC
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0
Temps (s)
1.00
0.50
0.0
-0.50
-1.50
Acc
élér
atio
n (g
)
-1.00
1.50
EDFElectricitéde France
Développement de modèles non linéaires : objectifs dans le domaine du séisme
• Objectifs
– évaluer sans marges excessives les conséquences d’une sollicitation sismique sur les ouvrages de GC
– disposer d’une base de référence pour le développement de modèles simplifiés dédiés à des structures particulières
– disposer d’une base de référence pour l’évaluation de codifications réglementaires de dimensionnement
programme de R&D conduit depuis plusieurs années pour la modélisation de structures en béton armé jusqu’à la ruine
EDFElectricitéde France
Modèles disponibles dans Code_ASTER(R) pour des chargements alternés cyclés
• Modèle Nadaï_B (non qualifié en V6 – version locale INSA)– REX important de qualification sur des structures soumises au séisme via ses applications
dans son environnement initial de développement (CASTEM2000) à l’INSA– premier modèle de comportement du béton développé dans Code_ASTER en 1995– modèle anisotrope mais limité aux sollicitations planes, discontinuité des contraintes en
fissuration– à la fois modèle phénoménologique de formulation non standard et algorithme (fissuration)– maintenance difficile dans un code industriel
• Modèle Endo_Isot_Béton (qualifié en V6)– modèle en cours de développement dans MECEN (applications statiques)– modèle isotrope mais de formulation générale 3D, continuité des contraintes en fissuration– modèle standard présentant une algorithmie locale plus homogène avec l ’environnement
de Code_ASTER– REX de qualification pour des structures soumises au séisme à construire
• Modèle PMF Laborderie (qualifié en V6)– structures filaires (N – M)
EDFElectricitéde France
Qualification expérimentale et simulation
• Objectifs des essais– Répondre à des besoins de l’ingénierie en terme de caractèrisation du
comportement en séisme des structures en béton armé– fournir une base pour qualifier les modèles dans l ’environnement de
Code_ASTER sur une gamme complète de structures à échelle industrielle
– établir les règles de bonne pratique pour la mise en œuvre de ces modèles (guide)
• Objectifs de la simulation des essais– Qualifier le modèle Nadaï_B pour des besoins Court Terme du Septen– passer le relais de Nadaï_B vers Endo_Isot_Béton
EDFElectricitéde France
Qualification expérimentale
• Programme
– trajets de chargements élémentaires alternéscyclés sur éprouvettes en laboratoire
– voiles de cisaillement du programme SAFE
– voiles en flexion du programme CAMUS
– essais de dalles de plancher
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.50 4.0 4.5 5.0
3.0
2.0
2.5.
1.0
??(M
Pa)
0.5
0.0
??( x 10-4)
1.5
3.5
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.50 4.0 4.5 5.0
3.0
2.0
2.5.
1.0
??(M
Pa)
0.5
0.0
??( x 10-4)
1.5
3.5
200 mm
200
mm
50 m
m
?1
?1
?2?2
?1
?2
100 mm
100
mm
200 mm
200
mm
50 m
m
?1
?1
?2?2
?1
?2
?1
?2
100 mm
100
mm
EDFElectricitéde France
Modélisation de l’essais CAMUS 3 à l ’aide du modèle Nadaï_B
• Description de l ’essai1.70
2.10
0.60
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
2.10
6
10
21
1.70
Vue frontale Vue latérale
0.30
0.20
0.10
0.0
-0.10
-0.20
-0.30
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
Temps (s)
Acc
élér
atio
n (g
)
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0
Temps (s)
1.00
0.50
0.0
-0.50
-1.50
Acc
élér
atio
n (g
)
-1.00
1.50
Nice 0.42g, Nice 0.22g, Melendy Ranch 1.35g, Nice 0.64g , Nice 1.0g.
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0
Fréquence (Hz)
5.00
4.00
3.00
2.00
0.0
Pseu
do a
ccél
érat
ion
(g)
1.00
6.00
7.00
Melendy Ranch ( 1.353g )
San Francisco ( 1.11g )
Nice S1 ( 0.25g )
EDFElectricitéde France
Modélisation de l’essais CAMUS 3 à l ’aide du modèle Nadaï_B
• Modélisation de la maquette
EDFElectricitéde France
Modélisation de l’essais CAMUS 3 à l ’aide du modèle Nadaï_B
• Principaux résultats 0.80
0.60
0.40
-0.20
0.00
0.20
-0.40
-0.604.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
T em ps (s)
Dép
lace
men
t (cm
)
ExpérienceCalcul A STER
0.80
0.60
0.40
-0.20
0.00
0.20
-0.40
-0.604.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
T em ps (s)
Dép
lace
men
t (cm
)
ExpérienceCalcul A STERExpérienceCalcul A STER
3.0
2.0
1.0
-1.0
0.0
-2.0
-3.015.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5 19.0
Temps (s)
Dép
lace
men
t (cm
)
ExpérienceCalcul ASTER
3.0
2.0
1.0
-1.0
0.0
-2.0
-3.015.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5 19.0
Temps (s)
Dép
lace
men
t (cm
)
ExpérienceCalcul ASTERExpérienceCalcul ASTER
600.0
400.0
200.0
-200.0
0.0
-400.0
-600.0-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0
Rotation (mrad)
Mom
ent (
KN
x m
)
ExpérienceCalcul ASTER
600.0
400.0
200.0
-200.0
0.0
-400.0
-600.0-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0
Rotation (mrad)
Mom
ent (
KN
x m
)
ExpérienceCalcul ASTERExpérienceCalcul ASTER
DéplacementNice 0.42g
DéplacementMR 1.35g
Moment –rotationMR1.35g
EDFElectricitéde France
Modélisation d’essais de dalles de plancher à l ’aidedu modèle Endo_Isot_Béton
• Description de l ’essai – Maquette représentative d’une dalle en béton armé de plancher BAS-BL
1300MWe (échelle 1/2,5)– Éléments structuraux principaux: dalle, voiles, poteau, poutres– Caractérisation du comportement fissurant de la dalle sous séisme vertical
(9 RUNS de niveaux d’accélération croissants)
Maquette CEA /SEMT /EMSI – Vues générales
Projet MORESIN
EDFElectricitéde France
Modélisation d’essais de dalles de plancher à l ’aidedu modèle Endo_Isot_Béton
• Méthodologie de calcul (Aster V6)Type d’éléments finis
− Béton: DKT (2500 éléments)− Acier : GRILLE (1900 éléments)
Étude linéaire− Calage du module d’Young / modes expérimentaux
Étude transitoire (DYNA_NON_LINE)− Intégration temporelle: méthode de NEWMARK, d’ordre 2− Amortissement de Rayleigh C= α M + β K− Critères de convergence (résidu), pas de temps utilisé
Modèles de comportement non linéaire− Béton: modèle ENDO_ISOT_BETON (utilisation plaque via DE BORST,
permettant σzz=0)− Acier : modèle GRILLE_CINE_LINE
Projet MORESIN
EDFElectricitéde France
Modélisation d’essais de dalles de plancher à l ’aidedu modèle Endo_Isot_Béton
• Résultats linéaires
temps (s)
depl
. (m
)
EDFElectricitéde France
Département AMADEPLACEMENTS RUN7
agraf 10/03/2003 (c) EDF/DER 1992-1999
-0.002
0.002
ExperimentalCalcul Code_Aster
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0x-310
2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0
• Résultats non linéaires
frequence (Hz)
pseu
do-a
cce.
(g)
EDFElectricitéde France
Département AMASPECTRES RUN7
agraf 10/03/2003 (c) EDF/DER 1992-1999
0.04019
28.28
Spectre de la tableSpectre experimentalSpectre Calcul Aster
0.1
1
10
1 10 100
Déplacements verticaux (Niveau maxi du signal: 0,23g) Spectre de plancher (Niveau maxi du signal 0,23g)
Déplacements verticaux (Niveau maxi du signal: 0,79g) Spectre de plancher (Niveau maxi du signal 0,79g)
Projet MORESIN
frequence (Hz)
pseu
do-a
cce.
(g)
EDFElectricitéde France
Département AMASPECTRES RUN3
agraf 10/03/2003 (c) EDF/DER 1992-1999
0.01359
29
Spectre de la tableSpectre experimentalSpectre Calcul Aster
0.1
1
10
1 10 100temps (s)
depl
. (m
)
EDFElectricitéde France
Département AMADEPLACEMENTS RUN3
agraf 10/03/2003 (c) EDF/DER 1992-1999
-0.002
0.002
ExperimentalCalcul Code_Aster
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0x-310
2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0
EDFElectricitéde France
Conclusions et perspectives
• Conclusions– Résultats satisfaisants des deux modèles sur différentes
structures à échelle industrielle– Méthodologie de simulation en dynamique non linéaire des
structures en béton armé en bonne voie de qualification– Base de données en construction pour l’établissement de règles
de bonnes pratiques de mise en oeuvre• Perspectives
– Poursuite du programme de qualification: amélioration du modèle Endo_Isot_Beton (thèse V. Godard)
– Participation au Benchmark international de l’AIEA (Base : essais CAMUS I)
– Participation au Benchmark de l’ENS Cachan (Base : essais CAMUS 2000)
– Passage du relais de Nadaï_B vers Endo_Isot_Béton