Modélisation du comportement de structures en béton armé sous chargement sismique

Modélisation du comportement de structures en béton armé sous chargement sismique 16 Mars 2010 Journée des Utilisateurs Aster ABOURI S. (EDF/SEPTEN) FAYOLLE S. (EDF/R&D) 1

Sommaire 1. Contexte et objectif 2. Modélisation du béton armé 3. Qualification Le cas de la maquette SMART 4. Conclusions 2

1. Contexte et objectif 3

1. Contexte et objectif Électricité de France (EDF) exploitant nucléaire Responsable de la sûreté de ses installations nucléaires Ré-examens périodique de sûreté Un des enjeux le comportement des structures de béton armé sous chargement sismique EDF développe ses outils d analyse et réalise ses simulations numériques (Code_Aster) 4

1. Contexte et objectif L objectif est de donc disposer d une modélisation: Du béton armé Sous sollicitations dynamiques de type séisme (appliqué au contexte français) Prenant en compte le comportement non linéaire du béton (endommagement, refermeture des fissures) Applicable à des cas d études industrielles (robustesse, temps de calcul, facilité de mise en œuvre) 5

2. Modélisation du béton armé 6

2. Modélisation du béton armé Éléments de génie civil à modéliser : Poutres, poteaux Voiles, planchers 3 approches disponibles dans Code_Aster Approche locale : Modélisation fine de chaque phase (acier et béton) et de leurs interactions Approche semi-globale : Prise en compte de l élancement des structures dans la description de la cinématique Modélisation de coques multi-couches Approche globale : Modèle de comportement en termes de contraintes et déformations généralisées 7

2. Modélisation du béton armé Hypothèses de modélisation du béton armé pour le séisme : Représentation du comportement élastique Représentation du mécanisme d endommagement du béton Représentation de la reprise de raideur des aciers en traction Limite de plasticité des aciers non atteinte a priori σ ε 8

2. Modélisation du béton armé Modélisation de plaque de béton armé GLRC-DM : Pas de modélisation de l adoucissement lors de la fissuration du béton N N D є N C 9

2. Modélisation du béton armé Modélisation de plaque de béton armé GLRC-DM : Pas de modélisation de l adoucissement lors de la fissuration du béton N N D є N C 10

2. Modélisation du béton armé Modélisation de plaque de béton armé GLRC-DM : Pas de modélisation de l adoucissement lors de la fissuration du béton N N D є N C 11

2. Modélisation du béton armé Modélisation de plaque de béton armé GLRC-DM : Pas de modélisation de l adoucissement lors de la fissuration du béton Prise en compte de l effet de fermetures des fissures 2 variables d endommagement couplées pour décrire l endommagement membranaire et de flexion (une de chaque côté de la plaque) N N D є N C 12

2. Modélisation du béton armé Paramètres de la loi GLRC-DM : Paramètres élastiques : Modules d Young équivalents en traction et en flexion : Coefficients de Poisson équivalents en traction et en flexion : m E éq ν m f E éq ν f Paramètres non linéaires : Effort de membrane seuil en traction pure : Effort de membrane seuil en compression pure : Moment fléchissant seuil en flexion pure : Paramètre d endommagement de membrane en traction : Paramètre d endommagement de membrane en compression : Paramètre d endommagement en flexion : N D N C M D γ mt γ mc γ mf 13

2. Modélisation du béton armé Comment bien calibrer le modèle GLRC_DM? Zone élastique : Formules analytiques d homogénéisation à partir des données matériaux et géométriques Zone endommagée : Recalage par rapport à une modélisation DKT - ENDO_ISOT_BETON (béton) + GRILLE - VMIS_CINE_LINE sur des essais en sollicitations simples 14

3. Qualification Le cas de la maquette SMART 15

3. Qualification Le cas de la maquette SMART SMART (Seismic design and best-estimate Methods Assessment for Reinforced concrete buildings subjected to Torsion and non-linear effects) Benchmark et essais organisés par CEA et EDF Objectifs: Analyse du comportement non linéaire du béton armé en dynamique Analyse des phénomènes de torsion mis en jeu lors des séismes Évaluation des méthodes d ingénierie parasismique 16

3. Qualification Le cas de la maquette SMART Moyens: Maquette d un bâtiment dissymétrique en béton armé de 3 étages à l échelle ¼ Table vibrante AZALEE (CEA/Saclay) 17

3. Qualification Le cas de la maquette SMART Essais: 13 jeu d accélérogrammes synthéthiques à niveau pga croissant, de 0.05g à 1g. Benchmark: Phase 1a: Prédiction en aveugle avant essai Phase 1b: Analyses best-estimate en disposant de données d essai Phase 2a: Etudes paramétriques Phase 2b: Etudes de vulnérabilité 18

3. Qualification Le cas de la maquette SMART Le modèle EF de SMART Modèle coque et poutre (3 000 nœuds) Pour la phase 1b, effet de la table simulé par l introduction de ressorts élastiques de translation à la base Application de la loi de comportement GLRC_DM pour les coques Amortissement complémentaire introduit (amortissement de Rayleigh) Calcul transitoire non linéaire (DYNA_NON_LINE) Temps de calcul: 5h CPU pour 10s de temps physique 19

3. Qualification Le cas de la maquette SMART Quelques résultats analyse modale: 20

3. Qualification Le cas de la maquette SMART Quelques résultats spectres de plancher (RUN4 0.20g): Accélération absolue maximale NIVEAU 3 1,20 1,00 Accé. Abs. (g) 0,80 0,60 0,40 Essai-X Calcul-X Essai-Y Calcul-Y 0,20 0,00 A B C D Points 21

3. Qualification Le cas de la maquette SMART Quelques résultats déplacements : (RUN4 0.20g) Déplacements relatifs maximum NIVEAU 3 7,0 6,0 5,0 Depl. rel. (mm) 4,0 3,0 Essai-X Calcul-X Essai-Y Calcul-Y Transitoire de déplacement - Niveau 3 Pt. D - Direction X RUN4 2,0 7 6 1,0 5 4 3 0,0 A B C D Points Déplacement relatif (mm) 2 1 0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0-1 -2 Essai Calcul -3-4 -5-6 -7 Temps (s) 22

4. Conclusions 23

4. Conclusions Une modélisation du comportement non linéaire du béton armé sous sollicitation dynamique est implanté dans Code_Aster: GLRC_DM Cette loi de comportement se définit par: Une approche globale La représentation de l endommagement du béton La représentation de la reprise de raideur Un jeu de paramètres de caractérisation en nombre réduits Des temps de calculs convenable, avec une convergence robuste 24

4. Conclusions Validation sur le cas de la maquette SMART: L endommagement du béton et la perte globale de raideur de la structures est correctement modélisé Décalage des fréquences propres La grandeur des accélérations et des déplacements est respectée La tendance générale des résultats conduit à sur-évaluer les accélérations et à sousévaluer les déplacements Les pistes pour améliorer la maîtrise et la robustesse du modèle: Méthodologie de recalage des paramètres GLRC_DM Maîtriser l amortissement introduit et la part d énergie dissipée par la loi de comportement Travailler sur la modélisation du comportement des autres éléments (poutres, poteaux, jonctions) Actions R&D en cours 25

Merci pour votre attention 16 Mars 2010 Journée des Utilisateurs Aster ABOURI S. (EDF/SEPTEN) FAYOLLE S. (EDF/R&D) 26