Nonlinear modeling of elastic cables : experimental data-based tension identification via static inverse problem

par Arnaud Pacitti

Thèse de doctorat en Génie Civil

Soutenue le 21-11-2016

à Paris Est en cotutelle avec l'Università degli studi La Sapienza (Rome) , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des réseaux. Laboratoire Instrumentation, Simulation et Informatique Scientifique (Marne-la-Vallée) (laboratoire) et de Institut Français des Sciences et Technologies des Transports- de l'Aménagement et des Réseaux / IFSTTAR (laboratoire) .

Le président du jury était Fabrizio Vestroni.

Le jury était composé de Frédéric Bourquin, Walter Lacarbonara, Michaël Peigney.

Les rapporteurs étaient Basile Audoly, John Macdonald.

  • Titre traduit

    Modélisation non-linéaire des câbles : identification expérimentale de la tension par méthode inverse statique


  • Résumé

    La connaissance de la tension dans les câbles de pont est un élément de diagnostic important, tant à l'échelle du câble qu'à celle de l'ouvrage dont il fait partie.Le présent travail de thèse propose une méthode d'évaluation de la tension parméthode inverse à partir d'une formulation variationnelle mixte de câble géométriquement exact permettant de coupler simplement et à bas coût un modèle universel de câble et des capteurs d'utilisation courante tels que des jauges de déformation et des capteurs de déplacement. Contrairement à de nombreuses méthodes existantes, la méthode pésentée ne nécessite pas une connaissance fine des paramètres du câble pour évaluer sa tension.Les choix de modélisation faits sont motivés par une étude approfondie des différentes typologies des câbles présents sur ouvrage et par une étude bibliographique qui tente de synthétiser l'immense littérature disponible dans le domaine des câbles. La modélisation retenue est issue de la théorie des lignes déformables des frères Cosserat, dont nous présentons les variantes avec et sans rigidité de flexion.Les moyens d'essai utilisés pour la validation expérimentale de la méthode mise au point ont été conçus et réalisés au cours du présent travail. Le montage expérimental imaginé permet d'appliquer la méthode inverse sur un câble montoron multicouches de 21 m de long et 22 mm de diamètre. Les essais sont réalisés à 6 différents niveaux de tension échelonnés par paliers de 30 kN de 55 kN à 205 kN. Ils montrent l'efficacité de la méthode sur le câble testé et la pertinence de son déploiement à venir sur d'autres typologies de câbles


  • Résumé

    Knowledge of the tension in bridge cables is important not only to diagnostic the cable itself but also the construction it belongs to.The work presented in this thesis proposes to evaluate the tension of a geometrically exact cable using a static inverse method from a mixed variational formulation, by coupling simply and cheaply a universal cable model with usual sensors, such as displacement sensors and strain gauges. Contrarily to existing methods, a good knowledge of the cable's parameters, such as it length or weight per unit length, is not required.Combining a thorough study of various cable typologies encountered on bridges and the vast amounts of material available in the bibliography covering cables, lead to the modeling following the elastic theory of rods developed by the Cosserat brothers, François and Eugène, elaborating on their theory of rods with and without flexural stiffness.The experimental apparatus, designed and built in the course of this study, allowed to successfully validate the developed inverse method on a multilayered strand cable 21 m long and 22 mm in diameter at several tension levels. The universal aspect of the model introduced and its successful validation encourages its implementation to other cable typologies


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