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1 Partie 5 : Outils de calcul informatiques Partie 5 : Outils de calcul informatiques 0/ 46

2 Objectif du calcul au feu R Résistance de la structure soumise au feu R req Résistance requise pour la tenue au feu Partie 5 : Outils de calcul informatiques 1/ 49 46

3 R Succession des évènements e lors d un incendie e Θ charges 1 : Allumage Poteaux acier temps 2 : Action thermique 3 : Actions mécaniques R temps 4 : Transfert 5 : Comportement 6 : Effondrement thermique mécanique eventuel Méthodes de calcul - Eurocodes Partie 5 : Outils de calcul informatiques 2/ 49 46

4 R req Critère de sécurité R requis < R est satisfaite lorsque la capacité porteuse de la structure est assurée au-delà de la durée nécessaire pour la mise en sécurité des biens et des personnes Approche descriptive : Réglementations Nationales courantes Approche par objectif : Ingénierie de la Sécurité Incendie Partie 5 : Outils de calcul informatiques 3/ 49 46

5 Logiciels d étude d incendie - Classification Classification courante : Modèles de zone Modèles de champs (CFD) Modèles de résistance au feu R Modèles d évacuation Modèles de détection Autres R req (selon l objectif) Partie 5 : Outils de calcul informatiques 4/ 49 46

6 Modèles de zone Partie 5 : Outils de calcul informatiques 5/ 49 46

7 Modèles de zone Il existe deux principaux types de modèles de zones : Modèles «deux zones» : Compartiment divisé en deux zones (chaude et froide) où les grandeurs sont considérées homogènes Modèles «une zone» : Une seule zone considérée homogène Z H Q C m U, T U, V U, E U, ρ U Capa superior Les logiciels traitent des problèmes multi-compartiments ou mono-compartiment. Z S m OUT,L Z P m IN L Q R m IN,L m L, T L, V L, E L, ρ L Q m p p Capa inferior m OUT,U m OUT,L Résolution des équations : - bilans de masse - bilans d énergie 0 Partie 5 : Outils de calcul informatiques 6/ 49 46

8 Modèle de zone Exemple : Ozone Logiciel description générale Nom Ozone Version Année 2007 Pays Belgique Langue Anglais Système Windows Taille 5 MB Auteurs J. F. Cadorin - J. M. Franssen Organisation Université de Liège Champs Modèle de zone d application Disponibilité Gratuit Contact Université de Liège - Formules Bilans de masse et de l énergie su r de grands volumes Brève description Logiciel prévoyant l action thermique d un incendie, la température dans les éléments en acier et le temps de ruine calculés (selon l Eurocode 3) Partie 5 : Outils de calcul informatiques 7/ 46

9 Modèle de zone Exemple : Ozone Menu principal : Partie 5 : Outils de calcul informatiques 8/ 46

10 Ozone Etude de cas Scénario d incendie : incendie dans un restaurant au 3 ème étage Modélisation du feu : Évolution du débit calorifique Objectif : Résistance au feu des poutres mixtes (Exigence R90) Zones de feu Définition iti du compartiment t : Partie 5 : Outils de calcul informatiques 9/ 49 46

11 Ozone - Etude de cas Définition du débit calorifique: Partie 5 : Outils de calcul informatiques 10 / 49 46

12 Ozone - Etude de cas Critères de généralisation du feu : passage d un dun modèle 2 zones à un modèle 1 zone Partie 5 : Outils de calcul informatiques 11 / 49 46

13 Ozone - Etude de cas Résultats Gas Temperature Hot Zone Cold Zone 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 Rate of Heat Release RHR Data RHR Computed Time [min] Analysis Name: Restaurante_caso3. Puertas abierta. Vidrio no resistente 0, Time [min] Analysis Name: Restaurante_caso1. Solo abierta la escalera. Vidrio, resistente 5,7 4,6 3,4 2,3 1,1 Zones Interface Elevation 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Time [min] Analysis Name: Restaurante_caso1. Solo abierta la escalera. Vidrio, resistente Elevation Passage de 2 zones à 1 zone :145 Flash over : 226 Recommandation : poutre protégée R60 Partie 5 : Outils de calcul informatiques 12 / 49 46

14 Modèles de champ Partie 5 : Outils de calcul informatiques 13 / 49 46

15 Modèles de champ Modélisation du feu + Modèle de champ Code CFD Description globale du phénomène incendie Description locale des grandeurs physiques (P, T, X CO...) Partie 5 : Outils de calcul informatiques 14 / 49 46

16 Modèles de champ Code CFD spécifique Modèles physiques adaptés aux problèmes d incendie : SOFIE, FDS... Codes CFD Nombre de logiciels CFD détectés : >50 Code CFD généraliste Modèles comprenant plus de phénomènes physiques et de propriétés de matériaux, sélectionnés et adaptés par les ingénieurs incendie : Fluent, CFX, PHOENIX Partie 5 : Outils de calcul informatiques 15 / 49 46

17 Modèles de champ Exemple : Fluent Logiciel description générale Nom Fluent Version 6.3 Année 2006 Pays Etats-Unis Langue Anglais Système Windows/UNIX Organisation Fluent Inc. Champs Modèle de champs - CFD généraliste d application Disponibilité Logiciel commercialisé Contact t Libellé Basé sur les équations de la mécanique des fluides et de la thermique. Partie 5 : Outils de calcul informatiques 16 / 46

18 Modèles de champ Exemple : Fluent La définition des matériaux, des modèles physiques et des conditions aux limites est requise. Partie 5 : Outils de calcul informatiques 17 / 49 46

19 Modèles de champ Exemple : Fluent Fluent Valeurs du rayonnement Instrument facile d utilisation et traitement puissant des données Exemples de traitement des données Maîtrise des fumées : concentration ti CO Températures de l acier Partie 5 : Outils de calcul informatiques 18 / 49 46

20 Modèles de résistance au feu Partie 5 : Outils de calcul informatiques 19 / 49 46

21 Modèles de résistance au feu (MRF) Reglementation descriptive Reglementation par objectif Procédure de Calcul Analyse d'un élément Analyse d'une partie de la structure Analyse de la structure entière Analyse d'un élément Analyse d'une partie de la structure Analyse de la structure entière Calcul des actions mécanique et conditions aux limites Selection des actions mécaniques Calcul des actions mécanique et conditions aux limites Selection des actions mécaniques Valeur tabulée Méthodes de Méthodes calcul avancées simplifiées OUI OUI OUI NON OUI, si disponible OUI NON NON OUI NON OUI, si disponible OUI NON NON OUI NON NON OUI Partie 5 : Outils de calcul informatiques 20 / 49

22 Méthode de calcul l simplifiée Elefir Logiciel description générale Nom Elefir Version 2.1 Année 1998 Pays Belgique Langue Anglais Système Windows Taille 8 MB Auteurs D. Pintea, L. Mievis, G. Gustin, J. M. Franssen Organisation Université de Liège Champ Modèle de résistance au feu d application (simplifié) Disponibilitéibili Libre Contact Université de Liège - Libellé Basé sur ENV (eurocode 3) Bè Brève description Logiciel i de calcul lde résistance au feu des éléments en acier simple à sections ouvertes. Partie 5 : Outils de calcul informatiques 21 / 49

23 Elefir Menu principal Partie 5 : Outils de calcul informatiques 22 / 49

24 Elefir Options de calcul 1. Calcul du temps d exposition au feu (temps critique) nécessaire pour que l élément atteigne sa température critique ; 2. Calcul de la température atteinte par l élément après un temps d exposition au feu donné ; 3. Calcul de la température critique de l élément et du temps d exposition au feu correspondant pour les profilés comprimés, tendus ou comprimés et fléchis. Pour les éléments tendus et comprimés, il est également possible de calculer l la charge maximale que l on peut appliquer à l élément en fonction de sa température critique ou du temps critique Partie 5 : Outils de calcul informatiques 23 / 49

25 Elefir Options de calcul Deux options d exposition au feu : exposition sur 3 faces ou 4 faces. Option de protection de la section : protection en caisson ou protection par contour. Les propriétés de nombreux matériaux de protection sont disponibles : laine de roche, laine de verre, plaque de plâtre; l utilisateur peut lui-même définir de nouveaux matériaux de protection Partie 5 : Outils de calcul informatiques 24 / 49

26 Elefir Options de calcul De nombreuses courbes de montée en température sont disponibles : courbes ISO, courbe de feu extérieur, courbe hydrocarbure ou toute autre courbe définie par l utilisateur. Partie 5 : Outils de calcul informatiques 25 / 49

27 Elefir Données de sortie Partie 5 : Outils de calcul informatiques 26 / 49

28 Méthode de calcul simplifiée Potfire Logiciel description générale Nom Potfire Version 3 Année 2007 Pays France Langue Anglais Système Windows Taille 15 MB Auteurs G. Fouquet, G. Tabet, C. Renaud, B. Zhao, J. Kruppa Organisation CTICM, CIDECT, TNO Champs d application Modèle de résistance au feu (simplifié) Disponibilité Gratuit com Contact CTICM Libellé Basé sur Annexe PCRB de l'annexe Nationale à l'en Brève description Résistance au feu des poteaux mixtes en profil creux non protégé. Partie 5 : Outils de calcul informatiques 27 / 49

29 Potfire Menu principal p / données de sortie 2º 1º 3º 4º Partie 5 : Outils de calcul informatiques 28 / 49

30 Méthode de calcul simplifiée AFCC Logiciel description générale Nom AFCC Version 3.01 Année 2001 Pays Luxembourg Langue Anglais Système Windows Taille 2.5 MB Auteurs H. Colbach Organisation ProfilARBED Champs d application Modèle (simplifié) de résistance au feu Disponibilité Gratuit - Contact ProfilARBED - Libellé Basé sur ENV Brève description Calcul au feu des poteaux mixtes Partie 5 : Outils de calcul informatiques 29 / 49

31 AFCC Menu principal p / données d entrée Fenêtre de contrôle Section Armatures Partie 5 : Outils de calcul informatiques 30 / 49

32 AFCC Données de sortie Résultats Rapport écrit Détail du dessin Partie 5 : Outils de calcul informatiques 31 / 49

33 MRF Simplifié AFCB Software sheet general description Nom AFCB Version 3.06 Année 2001 Pays Luxembourg Langue Anglais Système Windows Taille 3 MB Auteurs H. Colbach Organisation ProfilARBED Champs d application Modèle (simplifié) de résistance au feu Validité Gratuit - Contact ProfilARBED - Libellé Basé sur ENV Brève description Etude du feu des poutres mixtes Partie 5 : Outils de calcul informatiques 32 / 49

34 AFCB Menu principal p / données d entrée Fenêtre de contrôle Armatures Partie 5 : Outils de calcul informatiques 33 / 49

35 AFCB Données de sortie Résultats Rapport écrit Détail du dessin Partie 5 : Outils de calcul informatiques 34 / 49

36 Méthodes de calcul avancées Les méthodes de calcul avancées comprennent trois phases principales Définition de la structure (éléments finis) Pre-traitement Définition des matériaux (linéaire/nonlinéaire) Sélection des actions mécaniques et thermiques et des limites Traitement phase de calculs Post-traitement - résultat Partie 5 : Outils de calcul informatiques 35 / 49

37 Méthode de calcul l avancée Safir Logiciel description générale Nom Safir Version 9.8 Year 2002 Pays Belgique Langue Anglais Système Fortran/Visual Basic Taille ---- Auteurs J. M. Franssen Organisation Université de Liège Champs Model (avancé) de résistance au feu d application Disponibilité Logiciel commercial Contact Libellé Code aux éléments finis Brève description Comportement des structures au feu des éléments finis Partie 5 : Outils de calcul informatiques 36 / 49

38 Méthode de calcul l avancée -Ansys Logiciel description générale Nom Ansys Version 11.0 Année 2008 Pays Etats-Unis Langue Anglais Système Taille ---- Auteurs Organisation ANSYS Inc. Champs Modèle (avancé) de résistance au feu d application Disponibilité Logiciel commercialisé Contact Ansys Libellé Code aux éléments finis Brève description Logiciel de modèle général Partie 5 : Outils de calcul informatiques 37 / 49

39 Méthode de calcul avancée Abaqus Logiciel description générale Nom Abaqus Version 6.8 Année 2008 Pays Etats-Unis Langue Anglais Système MS-DOS Size ---- Auteurs Hibbitt, Krlsson and Sorensen Organisation ABAQUS Inc. Champs Modèle (avancé) de résistance au feu d application Disponibilité Logiciel commercialisé Contact Abaqus Libellé Code aux éléments finis Brève description Logiciel de modèle général Partie 5 : Outils de calcul informatiques 38 / 49

40 SAFIR/ANSYS/ABAQUS Etude de cas Scénario d incendie : incendie dans un bâtiment industriel Feu de dimensionnement: Courbe ISO Objectif : Etudier la résistance au feu de la structure et l influence de la zone affectée par le feu sur le reste de la structure. Zone sinistrée par le feu IPE500 (S355) 5m IPE450 (S355) L=20m L=20m Partie 5 : Outils de calcul informatiques 39 / 49

41 SAFIR/ANSYS/ABAQUS Etude de cas 2D Déformée sans amplification (mode statique) Déformé sans amplification (mode dynamique) Effondrement de la partie gauche vers l intérieur du bâtiment. Effort axial Pas plus élevé que l effet du vent dans les conditions normales d utilisation Partie 5 : Outils de calcul informatiques 40 / 49

42 SAFIR/ANSYS/ABAQUS Exemple 3D Un portique (poutre & poteau) échauffé Déformée (x10) Les pannes supportent le portique soumis au feu 3D Portique & pannes échauffées Déformée sans amplification de charge axiale Partie 5 : Outils de calcul informatiques 41 / 49

43 SAFIR/ANSYS/ABAQUS Etude de cas 3D Un portique & panne échauffées (dynamique) Une analyse dynamique nous permet de prédire la phase d effondrement Partie 5 : Outils de calcul informatiques 42 / 49

44 Modèles d évacuation et Modèles d extinction du feu (sprinklers) Partie 5 : Outils de calcul informatiques 43 / 49 46

45 Modèles d évacuation Exemple : Exodus Logiciel description générale Nom Exodus Version 4.0 Année 2004 Pays Angleterre Langue Anglais Système Windows Taille Auteurs E. Galea, St. Gwyne, S. Blake, L. Filippidis Organisation Université de Greenwich Champs Modèle d évacuation d application Disponibilité Commercialisé Contact Libellé Brève description Modèle d évacuation basé sur les comportements humains Partie 5 : Outils de calcul informatiques 44 / 46

46 Modèles d évacuation Exemple : EXODUS La simulation permet aux utilisateurs d évaluer le niveau de sécurité lors de l évacuation. Partie 5 : Outils de calcul informatiques 45 / 49 46

47 Modèle d évacuation Exemple : EXODUS Résultats: Les simulations peuvent être vues grâce aux instruments de post-traitement VR-EXODUS Partie 5 : Outils de calcul informatiques 46 / 49 46

48 Modèles de détection des réponses Exemple : Jet Logiciel description générale Nom Jet Version 1.0 Année 1999 Pays Etats-Unis Langue Anglais Système Windows Taille 4 MB Auteurs W. D. Davids Organisation NIST (National Institute of Standards and Technology) Champs Modèles de détection des réponses d application Disponibilité Libre accès Contact NIST - Libellé Modèle de zone basé sur le code LAVENT Brève description Algorithme pour la température au voisinage du feu Algorithme pour le panache dépendant de l épaisseur de la couche de fumée. Réponse du système d extinction Partie 5 : Outils de calcul informatiques 47 / 46

49 Jet Etude de cas Menu principal / entrées : Compartiment Propriétés des sprinkeurs Aérations Caractéristiques du feu Paramètres Partie 5 : Outils de calcul informatiques 48 / 49 46

50 Partie 5 : Outils de calcul informatiques 49 / 49

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