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1EDF R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir
Modélisation du comportement de structures en béton armé sous chargement sismique16 Mars 2010 – Journée des Utilisateurs Aster
ABOURI S. (EDF/SEPTEN)
FAYOLLE S. (EDF/R&D)
2EDF R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir
Sommaire
1. Contexte et objectif
2. Modélisation du béton armé
3. Qualification – Le cas de la maquette SMART
4. Conclusions
3EDF R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir
1. Contexte et objectif
4EDF R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir
1. Contexte et objectif
Électricité de France (EDF) exploitant nucléaire
Responsable de la sûreté de ses installations nucléaires
Ré-examens périodique de sûreté
Un des enjeux � le comportement des structures de béton armésous chargement sismique
EDF développe ses outils d’analyse et réalise ses simulations numériques (Code_Aster)
5EDF R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir
1. Contexte et objectif
L’objectif est de donc disposer d’une modélisation:
Du béton armé
Sous sollicitations dynamiques de type séisme (appliqué au contexte français)
Prenant en compte le comportement non linéaire du béton (endommagement, refermeture des fissures)
Applicable à des cas d’études industrielles (robustesse, temps de calcul, facilité de mise en œuvre)
6EDF R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir
2. Modélisation du béton armé
7EDF R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir
2. Modélisation du béton armé
Éléments de génie civil à modéliser :Poutres, poteauxVoiles, planchers
3 approches disponibles dans Code_AsterApproche locale : Modélisation fine de chaque phase (acier et béton) et de leurs interactions
Approche semi-globale : Prise en compte de l’élancement des structures dans la description de la cinématique Modélisation de coques multi-couches
Approche globale : Modèle de comportement en termes de contraintes et déformations généralisées
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2. Modélisation du béton armé
Hypothèses de modélisation du béton armé pour le séisme :Représentation du comportement élastique
Représentation du mécanisme d’endommagement du béton
Représentation de la reprise de raideur des aciers en tractionLimite de plasticité des aciers non atteinte a priori
ε
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2. Modélisation du béton armé
Modélisation de plaque de béton armé GLRC-DM :Pas de modélisation de l’adoucissement lors de la fissuration du béton
є
N
ND
NC
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2. Modélisation du béton armé
Modélisation de plaque de béton armé GLRC-DM :Pas de modélisation de l’adoucissement lors de la fissuration du béton
є
N
ND
NC
11EDF R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir
2. Modélisation du béton armé
Modélisation de plaque de béton armé GLRC-DM :Pas de modélisation de l’adoucissement lors de la fissuration du béton
є
N
ND
NC
12EDF R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir
2. Modélisation du béton armé
Modélisation de plaque de béton armé GLRC-DM :Pas de modélisation de l’adoucissement lors de la fissuration du béton
Prise en compte de l’effet de fermetures des fissures
2 variables d’endommagement couplées pour décrire l’endommagement membranaire et de flexion (une de chaque côté de la plaque)
є
N
ND
NC
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2. Modélisation du béton armé
Paramètres de la loi GLRC-DM :Paramètres élastiques :
Modules d’Young équivalents en traction et en flexion :
Coefficients de Poisson équivalents en traction et en flexion :
Paramètres non linéaires :Effort de membrane seuil en traction pure :Effort de membrane seuil en compression pure :
Moment fléchissant seuil en flexion pure : Paramètre d’endommagement de membrane en traction : Paramètre d’endommagement de membrane en compression : Paramètre d’endommagement en flexion :
méqE
mν
féqE
fν
DN
CN
DM
mtγmcγmfγ
14EDF R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir
2. Modélisation du béton armé
Comment bien calibrer le modèle GLRC_DM ?
Zone endommagée :Recalage par rapport à une modélisation DKT - ENDO_ISOT_BETON (béton) + GRILLE - VMIS_CINE_LINE sur des essais en sollicitations simples
Zone élastique :Formules analytiques d’homogénéisation à partir des données matériaux et géométriques
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3. Qualification – Le cas de la maquette SMART
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3. Qualification – Le cas de la maquette SMART
SMART (Seismic design and best-estimate Methods Assessment for Reinforced
concrete buildings subjected to Torsion and non-linear effects)
Benchmark et essais organisés par CEA et EDF
Objectifs:
Analyse du comportement non linéaire du béton armé en dynamique
Analyse des phénomènes de torsion mis en jeu lors des séismes
Évaluation des méthodes d’ingénierie parasismique
17EDF R&D : Créer de la valeur et préparer l’avenir
3. Qualification – Le cas de la maquette SMART
Moyens:Maquette d’un bâtiment dissymétrique en béton armé de 3 étages à l’échelle ¼
Table vibrante AZALEE (CEA/Saclay)
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3. Qualification – Le cas de la maquette SMART
Essais:13 jeu d’accélérogrammes synthéthiques à niveau pga croissant, de 0.05g à 1g.
Benchmark:Phase 1a: Prédiction en aveugle avant essai
Phase 1b: Analyses best-estimate en disposant de do nnées d’essaiPhase 2a: Etudes paramétriquesPhase 2b: Etudes de vulnérabilité
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3. Qualification – Le cas de la maquette SMART
Le modèle EF de SMARTModèle coque et poutre (3 000 nœuds)
Pour la phase 1b, effet de la table simulé par l’introduction de ressorts élastiques de translation à la base
Application de la loi de comportement GLRC_DM pour les coques
Amortissement complémentaire introduit (amortissement de Rayleigh)Calcul transitoire non linéaire (DYNA_NON_LINE)
Temps de calcul:
5h CPU pour 10s de temps physique
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3. Qualification – Le cas de la maquette SMART
Quelques résultats…analyse modale:
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3. Qualification – Le cas de la maquette SMART
Quelques résultats…spectres de plancher (RUN4 – 0.20g):
Accélération absolue maximale NIVEAU 3
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
A B C D
Points
Acc
é. A
bs. (
g)
Essai-XCalcul-XEssai-YCalcul-Y
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3. Qualification – Le cas de la maquette SMART
Quelques résultats…déplacements :(RUN4 – 0.20g)
Déplacements relatifs maximum NIVEAU 3
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
A B C D
Points
Dep
l. re
l. (m
m)
Essai-XCalcul-XEssai-YCalcul-Y
Transitoire de déplacement - Niveau 3 Pt. D - Direc tion X RUN4
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
Temps (s)
Dép
lace
men
t rel
atif
(mm
)
Essai
Calcul
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4. Conclusions
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4. Conclusions
Une modélisation du comportement non linéaire du béton armé sous sollicitation dynamique est implanté dans Code_Aster: GLRC_DM
Cette loi de comportement se définit par:Une approche globale
La représentation de l’endommagement du bétonLa représentation de la reprise de raideur
Un jeu de paramètres de caractérisation en nombre réduits
Des temps de calculs convenable, avec une convergence robuste
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4. Conclusions
Validation sur le cas de la maquette SMART:L’endommagement du béton et la perte globale de raideur de la structures est correctement modélisé � Décalage des fréquences propresLa grandeur des accélérations et des déplacements est respectée
La tendance générale des résultats conduit à sur-évaluer les accélérations et à sous-évaluer les déplacements
Les pistes pour améliorer la maîtrise et la robustesse du modèle:Méthodologie de recalage des paramètres GLRC_DM
Maîtriser l’amortissement introduit et la part d’énergie dissipée par la loi de comportement
Travailler sur la modélisation du comportement des autres éléments (poutres, poteaux, jonctions)
� Actions R&D en cours
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Merci pour votre attention
16 Mars 2010 – Journée des Utilisateurs Aster
ABOURI S. (EDF/SEPTEN)
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