Loi de comportement globale non-linéaire pour les coques en béton armé en prenant en compte le cisaillement hors plan. Développements analytiques, implémentation EF et applications pour le génie civil nucléaire.

par Olivier Lherminier

Projet de thèse en Génie Civil

Sous la direction de Pierre Argoul.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec EMGCU - Expérimentation et modélisation pour le génie civil et urbain (laboratoire) depuis le 01-03-2018 .


  • Résumé

    Pour les installations nucléaires existantes ou en phase de conception en France et à l'étranger, il est nécessaire de pouvoir établir un diagnostic sismique réaliste, afin de prédire le comportement d'une structure en béton armé pendant un séisme extrême et ses conditions d'endommagement après le séisme. Plusieurs programmes de recherche récents montrent l'importance et la difficulté du sujet de la mesure et de la modélisation du comportement du béton armé à l'échelle d'une structure complète. En France, on peut citer (1) le projet SINAPS, piloté par le CEA, avec EGIS Industries comme partenaire industriel qui cherche à améliorer des techniques de modélisation de l'action sismique et de ses effets sur les structures, notamment en béton armé, (2) le projet MAESTRO piloté par EDF, avec comme partenaires EGIS Industries et le CSTB de Champs-sur-Marne, qui cherche à évaluer des « coefficients de ductilité (au sens du guide n°28 de l‘AIEA) » pour des éléments principaux de structure des centrales de Bugey et Fessenheim avec la réalisation d'essais à l'échelle ½ et à l'échelle 1 (Juillet-Décembre 2017) et enfin (3) le projet de recherche CEOS.FR concernant l'évaluation de la fissuration du béton armé, avec une importante partie expérimentale, qui vient de se terminer. Des projets similaires ont été financés par l'Union Européenne dans le passé récent, comme par exemple le projet IRIS et le projet SAFE. Dans ce contexte, les objectifs de la thèse sont de contribuer à l'amélioration : (i) de la connaissance du comportement sismique des bâtiments nucléaires et (ii) des techniques de modélisation des structures en béton armé soumises à un séisme. D'un point de vue structurel et parasismique, la particularité des bâtiments des centrales nucléaires est que leur système de contreventement est essentiellement constitué de voiles connectés entre eux et avec les planchers par des chaînages fortement armés: il n'y a pratiquement pas de portiques (systèmes poteau-poutre). L'activité de recherche concernera donc essentiellement des voiles et des planchers en béton armé (des éléments structurels bidimensionnels avec comportement de membrane ou de coque). Plus précisément, cette thèse s'inscrit dans la continuité de celle de Miquel Huguet Aguilera (2017), qui a notamment permis le développement d'une loi de comportement globale pour les membranes en béton armé avec fissuration et plastification des barres d'acier. La modélisation du comportement hors plan a été abordé avec une approche qui estime de manière simplifiée le comportement en flexion composée (efforts de membrane plus moments hors plan) et qui ne permet pas de tenir compte de l'effet de l'effort tranchant hors plan sur la fissuration des dalles en béton armé, ni de la contribution à la résistance du ferraillage transversale (épingles). Cette nouvelle thèse devra permettre d'aller plus loin dans la modélisation (prise en compte du cisaillement hors plan) et de remédier aux restrictions de l'approche précédente.

  • Titre traduit

    Non-linear global behavior law for reinforced concrete shells taking into account out-of-plane shear. Analytical developments, Finite Element implementation and applications for nuclear civil engineering.


  • Résumé

    For existing or in the design phase nuclear installations in France and abroad, it becomes necessary to be able to establish a realistic seismic diagnosis, in order to predict the behavior of a reinforced concrete structure during an extreme earthquake and its damage conditions after the earthquake. Several recent research programs show the importance and difficulty of the subject of measuring and modeling the behavior of reinforced concrete at the scale of a complete structure. In France, we can mention (i) the SINAPS project, piloted by the CEA, with EGIS Industries as an industrial partner that seeks to improve modeling techniques for seismic action and its effects on structures, particularly in reinforced concrete ones, (ii) the MAESTRO project led by EDF, with as partners EGIS Industries and the CSTB of Champs-sur-Marne, which seeks to evaluate "ductility coefficients (within the meaning of IAEA Guide 28)" for main structural elements of the Bugey and Fessenheim power plants with the implementation of half scale and scale 1 tests (July-December 2017) and finally (iii) the CEOS.FR research project concerning the evaluation of the cracking of reinforced concrete, with a large experimental part, which has just ended. Similar projects have been funded by the European Union in the recent past, such as the IRIS project and the SAFE project. In this context, the objectives of the thesis are to contribute to the improvement of: (i) the knowledge of the seismic behavior of nuclear buildings and (ii) modeling techniques of reinforced concrete structures subjected to an earthquake. From a structural and earthquake-resistant point of view, the peculiarity of nuclear power plant buildings is that their bracing system essentially consists of shells connected to each other and to the floors by heavily armed chaining: there are practically no gantries (column-beam systems). The research activity will therefore mainly concern shells and reinforced concrete floors (two-dimensional structural elements with membrane or shell behavior). More precisely, this thesis is in line with that of Miquel Huguet Aguilera (2017), which has notably enabled the development of a global constitutive law for reinforced concrete membranes with cracking and plastification of steel bars. The modeling of out-of-plane behavior has been performed through an approach which estimates in a simplified way the behavior in combined bending (membrane forces plus out-of-plane moments) and which doesn't allow to take into account the effect of out-of-plane shear force on the cracking of reinforced concrete slabs, nor the contribution to the strength of the transverse reinforcement (pins). This new thesis should allow to go further in the modeling (taking into account the out-of-plane shear) and to overcome the restrictions of the previous approach.