Modèle global de poutre pour l'analyse sismique des portiques en béton armé : approche phénoménologique et approche en plasticité

par Diego Miramontes de León

Thèse de doctorat en Génie Civil

Sous la direction de Omar Merabet et de Jean-Marie Reynouard.

Soutenue en 1996

à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne) , en partenariat avec URGC-LBS - Bétons et Structures (Lyon, INSA) (laboratoire) .

mots clés

• Béton armé
• Cinématique
• Écrouissage

Résumé

L’analyse des dommages et du risque de ruine des structures en béton armé au cours d’un séisme nécessitent l’élaboration des modèles numériques capables de décrire le comportement non linéaire des éléments structuraux. L’analyse non linéaire dynamique des structures complètes conduit en général à un volume de calcul considérable. Il est alors nécessaire de spécialiser les outils de prédiction pour accroître leur efficacité. Dans ce travail, un modèle global pour l’analyse des systèmes de poutre en béton armé est proposé. Une première approche phénoménologique est définie par une loi cyclique uniaxale moment-courbure. Cette approche basée sur une formulation découplée (flexion – effort normal) est valable pour une faible variation de l’effort normal. Les hypothèses simplificatrices (cinématiques et matérielles) conservent toutefois la prédiction des phénomènes clés : fissuration du béton, plastification des aciers et dégradation de la résistance due aux changements cycliques. Une deuxième approche basée sur la théorie de la plasticité permet d’élargir le domaine d’application aux chargements plus généraux. La formulation tient compte de l’interaction entre l’effort normal et le moment fléchissant. La règle d’écrouissage cinématique proposée s’appuie sur la relation phénoménologique moment-courbure. Dans la dernière partie, les deux approches sont confrontées aux résultats expérimentaux. Des éléments structuraux et assemblages en béton armé ont été soumis à différentes conditions de chargement. Les résultats numériques obtenus confirment l’intérêt du modèle et en même temps, permettent d’envisager son élargissement au domaine spatial. Le modèle proposé allie à la fois efficacité et fiabilité. Il offre la possibilité de réaliser des analyses non linéaires systématiques pour les structures courantes en béton armé.

Titre traduit

= Beam global model for the seismic analysis of reinforced concrete frames : phenomenological approach and plasticity approach

Résumé

The study of the damage process and the vulnerability to collapse of RC structures under earthquake loading requires the formulation of numerical models capable of describing the nonlinear behaviour of structural members. However, the nonlinear dynamic analysis of complete structures results in a considerable volume of calculus. Consequently, the numerical tools-kits should be specialized in order to improve their efficiency. In this work, a global model for the seismic analysis of RC beam systems is proposed. A first phenomenological approach is characterized by a uniaxial cyclic law based on a moment-curvature relationship. In this uncoupled formulation a negligible variation of the normal force is supposed. The simplified kinematic and material hypotheses allow the prediction of key phenomena: cracking of concrete, yielding of steel and the strength degradation du to cyclic loading. A second approach based on the theory of plasticity extend to the domain of applicability to complex loading. This formulation takes into account the interaction of normal force and flexion. The proposed kinematic hardening rule is supported by the phenomenological moment-curvature relation-ship. Finally, both approaches are compared to experimental results. Several structural members and subassemblies are subjected to different loading conditions. The obtained numerical results confirm the interest of the proposed model and at the same time, suggest the extension for spatial cases. The proposed model unify the efficiency and reliability. It offers the possibility to carry out a systematic application of nonlinear analysis of current RC structures.