Transcript CMMS14 TIZI OUZOU Le 13-14 novembre 2014
CMMS14 TIZI OUZOU Le 13-14 novembre 2014 Validation du comportement d’un portique en béton armé étagé sous chargement horizontal.
Chérifi L 2,3a ,Nekmouche A 1,3b , Kezmane A 2,3c , Boukais S 2,3
( a :
b :
c :
) 1, Université Abderrahmane Mira de Bejaia, Algérie. 2, Université Mouloud Mammeri de Tizi ouzou, Algérie. 3, Laboratoire ‘LAMOMS’, Ummto, Tizi ouzou, Algérie.
Résumé :
Parmi les séismes majeurs connus en Algérie celui de Boumerdes (2003), qui a montré le comportement des structures autostables, la faiblesse des nœuds à reprendre les charges sismiques
[1]
et des déformations plastiques très importantes. Ces structures sont composées de portique d’où l’étude du comportement de ses éléments localement (zones critiques) et globalement révèle intéressante
[2] [3].
Notre étude consiste a présenter les résultats d’une simulation numérique d’un portique en béton armé à deux niveaux qui a été testé expérimentalement par (Franc Vecchio and Mohamed Basil Emara)[2] dont l’objectif est d’évaluer et valider le comportement de ce modèle. La simulation est entreprise par le code de calcul Abaqus en 3D, les résultats de la simulation met en évidence la pertinence du code élément finis à représenter le comportement de ce portique avec une bonne concordance avec l’expérimental.
Abstract:
Among the major earthquakes know in Algeria that of Boumerdes (2003), shown behavior of reinforced concrete frame, weak nodes to resume seismic loads and very large plastic deformations.
These structures are composed of frame or of the study of the behavior of these elements locally (critical zones) and globally reveals interesting. Our study is to present the results of numerical simulation of reinforced concrete frame has two levels that has been tested experimentally by (Franc Vecchio and Mohamed Basil Emara) whose objective is to evaluate and validate the behavior of this frame. The numerical simulation is undertaken by the Abaqus software in 3D, the simulation results but highlight the relevance of the finite element code to represent the behavior of this frame with a good agreement with thr experimental results.
Mots clés :
Comportement, portique, zone critique, élément fini, endommagement, béton armé.
Key worlds:
behavior, frame critical zones, finite element, damage, reinforced concrete.
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1.
Introduction :
Le monde a connu des séismes destructeurs qui ont engendré des dommages considérables (déformations irréversible), néanmoins cela a permis d’améliorer la compréhension du comportement des structures de génie civil mais aussi d’apporter des corrections aux codes et règlements en vigueur
[3]
, en prenant en considération la fragilité des nœuds des portiques en poteau poutre et la résistance non satisfaisante vis à vis des chargements horizontales (séisme)
[1]
. Les recherches récentes ont montrées que le rapport de la résistance flexionnelle des éléments de contreventement joue un rôle significatif dans la détermination de la réponse de la structure. D’ailleurs, les structures en béton armé en portique dans les régions sismiques sont habituellement confectionnées pour être ductiles. L’approche de conception ductile est associée avec ce qui est généralement connu comme «poteau fort – poutre faible», suivant cela, les rotules plastiques sont désignées pour se former dans les poutres plutôt que dans les poteaux. Les nœuds dans de telles structures sont soumis à des forces importantes de cisaillement et d’adhérence, en outre l’optimisation des calculs de conception et l’adoption du critère de la résistance ultime réduisent parfois les dimensions des poteaux, ce qui peut affaiblir la liaison poutre-poteau. Tous les travaux qui ont été réalisé montre le comportement fragile de ces structures en portique
[4],[5].
Un modèle élément fini est développé dans Abaqus en utilisant une modélisation 3D avec des armatures discrètes avec une loi élasto-plastique, par contre pour le béton, on a choisi un modèle intégré élasto-plastique endommageable sous le nom (concrete damaged plasticity) (CDP), la plasticité pour représenter les déformations irréversibles et l’endommagement pour modéliser les fissures.
2. Présentation du modèle expérimental [2] : Figure1:
géométrie, ferraillage du portique.
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3-Simulation numérique :
Le portique est modélisé en 3D avec des armatures discrètes. Le béton est modélisé avec des éléments solides à huit nœuds (C3D8R) qui ont chacun 6 degrés de liberté : trois en translation et trois en rotation. Les aciers sont des éléments poutres qui peuvent véhiculer seulement les efforts de traction et de compression. Le contact entre les aciers et le béton est considéré parfait dans cette simulation, cela est assuré par la fonction EMBEDED ELEMENT d’Abaqus. La surface inférieure de la fondation est considéré encastrée. Un effort horizontal piloté en déplacement est appliqué en tête du portique Q=160mm
4-Modélisation du comportement des matériaux : 4-1.Béton :
Le comportement mécanique du béton est modélisé avec le modèle (concrete damaged plasticity) intégré dans Abaqus, c’est un modèle qui a une grande capacité à représenter les déformations plastiques grâce au critère de plasticité et la récupération de rigidité par le critère d’endommagement. Les paramètres les plus essentiels pour utiliser ce modèle sont
f c =30MPa, f t =2.1MPa, G ft =0.11N/mm, E = 28600MPa
,
υ = 0.18
(la résistance du béton à la compression et à la traction, l’énergie de fissuration en traction, le module de Young et le coefficient de poisson) respectivement.
4-2.Aciers :
Le comportement des aciers est considéré comme élasto-plastique avec écrouissage isotrope basé sur le critère tridimensionnel de Von Mises, pour cette étude on a utilisé les paramètres suivant : E = 192500MPa, υ = 0.3, σe = 418Mpa, σu = 596Mpa.
5. Résultats et discussion : 5.1. Propagation des dommages en traction dans le béton en fonction du temps:
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Figure2 :
Propagation des dommages en traction dans le béton. On remarque dans la figure2 que juste au début du chargement les poutres commencent à se fissurer, l’augmentation du pas de temps (chargement) crée une propagation des dommages de plus en plus de la poutre vers les poteaux. A la fin du chargement la poutre est complètement fissuré avec un paramètre d’endommagement ultime qui vaut 0.92 en créant des concentrations des dommages très importantes dans les poutres et à la base du poteau, cela crée la rupture du portique après une dégradation de sa rigidité de plus en plus jusqu’au point de rupture.
5.2. Comparaison des résultats numérique à ceux de l’éxpérimental : Figure3:
comparaison des courbes force déplacement.
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La figure3 montre une bonne concordance entre les deux courbes numérique et éxperimentale. Le comportement global du portique est très bien simulé en terme d’évolution de la force en fonction du déplacement en téte, cette figure montre la pértinence de ce code pour représenter des résultats qui confirment une étude expérimentale.
5.3. Comparaison de la propagation des dommages en traction entre le modèle classique et éxpérimental : Figure 4
: comparaison de propagation des fissures dans le nœud en tête du portique.
Figure 5
: comparaison de propagation des fissures dans le nœud au pied du portique.
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Les deux figures précédentes illustrent la comparaison de la propagation des fissures dans le portique, la poutre du deuxième niveau et à la base du poteau. Les fissures dans le portique expérimental sont modélisées par l’endommagement en traction numériquement. Un bon comportement des zones critiques à la base et en tête du portique est présenté par Abaqus. Le modèle numérique montre les mêmes zones critiques.
6. Conclusion :
La simulation numérique peut prédire le comportement d’un ouvrage en béton armé que ce soit à l’échelle globale ou bien locale. Notre simulation avec le code de calcul Abaqus a montré une bonne concordance du comportement du portique étagé. *Le comportement force déplacement est bien illustré dans la figure3, la courbe numérique est proche de la courbe expérimentale en fonction de l’évolution de la charge. *la fissuration des zones nodales dans la poutre et à la base du poteau et très bien montré dans les figure 4 et 5 par propagation des dommages en traction dans ces endroits représentant les fissures. Le comportement du portique numériquement montre que les rotules plastiques se forment au niveau des poutres en premier lieu. En comparant ces résultats à ceux de l’expérimentale, on peut dire qu’on a validé les résultats de (Franc Vecchio and Mohamed Basil Emara) et on a présenté le comportement d’un portique étagé en béton armé. Les résultats de la simulation montre la capacité du modèle (concrete damaged plasticity) à représenter les fissures, cela le rend performant ce qui confirme notre choix d’utilisation de ce modèle.
7. Références bibliographiques : [1] Davidovici V
.,
Rapport préliminaire
,
Ministère de l’Habitat, Séisme de Boumerdes
– 21 mai 2003,
République Algérienne Démocratique et Populaire
, Juin 2003.
[2] by Frank J. Vecchio and Mohamed Basil Emara,
Shear Deformations in Reinforced Concrete Frames, ACI Structural Journal,TECHNICAL PAPER
,
I
January-February 1992
[3]-RPA,
règlements parasismique Algérien
, (1999 version 2003).
[4]- Jean-Luc HANUS, Mathieu REIMERINGER & Patrice BAILLY
,
Modélisation du comportement dynamique des portiques en béton armé consécutif à un fort endommagement structurel initial.
,
18 ème Congrès Français de Mécanique, Grenoble,
(27-31 août 2007).
[5]- Q.-B. Bui, J.-P. Plassiard, M. Mommessin, P. Perrotin,
Evaluation par des mesures dynamiques de l’endommagement à l’échelle locale de portiques en béton armé,
XXXe Rencontres AUGC-IBPSA Chambéry, Savoie, 6 au 8 juin 2012.
[6] ABAQUS 6.10.