Identification of civil engineering structures

par Francisco Garcés

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Ahmed Mébarki.

Soutenue le 22-02-2008

à Paris Est , dans le cadre de Matériaux, Ouvrages, Durabilité, Environnement et Structures , en partenariat avec Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi-Échelle (MSME) (laboratoire) et de Équipe de Mécanique (équipe de recherche) .

Le jury était composé de Hamid Afra, Abdelkhalek El Hami, Carlos Genatios, Michel Lorrain, Ahmed Mébarki, Christian Crémona.

Les rapporteurs étaient Abdelkhalek El Hami.

  • Titre traduit

    Identification des structures de génie civil


  • Résumé

    Cette thèse présente trois méthodes pour l’identification des rigidités des structures d’usage commun dans l’ingénierie civile, à partir de données dynamiques expérimentales. La première méthode est développée pour des structures composées pour portiques. La deuxième méthode proposée est appliquée à des structures constituées pour des poutres isostatiques. La troisième est une méthodologie d’estimation des rigidités en flexion (EI) et au cisaillement (GA/?) pour une structure constituée de murs dont les énergies de déformation en flexion et cisaillement peuvent être soit du même ordre de grandeur, soit l’une prépondérante par rapport à l’autre. Pour chaque méthode, des simulations numériques sont effectuées pour identifier les dommages structuraux ou les variations des rigidités, en termes de localisation et de magnitude de ces dommages. L'incidence et l'impact des erreurs et bruits sur les valeurs estimées des rigidités structurales sont analysés. Les méthodologies sont également appliquées pour localiser des dommages mécaniques ou des réductions de section sur modèles de laboratoire. A partir des concepts dynamiques de base et considérant une typologie donnée de structure, la thèse développe les concepts et formulations permettant d’identifier les rigidités résiduelles des structures considérées. Les méthodes peuvent être aisément mises en oeuvre pour déterminer les éventuels dommages (localisation et intensité) qui peuvent affecter une structure, par exemple après un séisme. Peu de mesures sont requises à cet effet : des essais de vibration libre et du matériel peu onéreux de mesures sont amplement suffisants dans le cas particulier des structures étudiées


  • Résumé

    This thesis presents three methods to estimate and locate damage in framed buildings, simply-supported beams and cantilever structures, based on experimental measurements of their fundamental vibration modes. Numerical simulations and experimental essays were performed to study the effectiveness of each method. A numerical simulation of a multi-storey framed building, a real bridge and a real chimney were carried out to study the effectiveness of the methodologies in identifying damage. The influence of measurement errors and noise in the modal data was studied in all cases. To validate the experimental effectiveness of the damage estimation methods, static and dynamics tests were performed on a framed model, a simply supported beam, and a cantilever beam in order to determine the linear behavior changes due to the increase of the level of damage. The structural identification algorithms during this thesis were based on the knowledge type of the stiffness matrix or flexibility matrix to reduce the number of modal shapes and required coordinates for the structural assessment. The methods are intended to develop tools to produce a fast response and support for future decision procedures regarding to structures widely used, by excluding experimental information, thereby allowing a cost reduction of extensive and specific testing


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