Contribution à la compréhension du comportement d'une coque d'aéroréfrigérant vieilli
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Natural draught cooling towers often develop over their lifetimes visible cracks as consequences of progressive damage processes. In order to predict cracking in any environment and to rationally ensure the durability and long-term serviceability of these concrete structures, it seems important to be able to determine a initial pre-damaged shell. In this context, a numerical formulation to analyze creep and shrinkage of concrete is presented in this thesis. Both humidity effects and non-linear mechanical behaviour of the constitutive materials are taken into account. Moisture migration is described using a single non-linear diffusion equation in which the relative humidity is the driving force and delayed strains are obtained in a phenomenological way. To capture the time-dependent behaviour, an extension of a continuum plasticity model which incorporates viscous behaviour, has been developed and its main parameters are obtained from experimental results. The effects produced by internal stresses that result from time dependent deformations are finally presented for concrete specimens and for beams subjected to a classic four-point bending test. In this context, numerical results show close agreement with experimental data. Finally, an application to cooling tower shell is carried out. A particular attention has been devoted to reproduce the particular way of building such a structure with self-climbing shuttering technique. In this context, we demonstrate that shrinkage deformation contributes significantly to the damage of this structure. Moreover, our studies concluded that the propagation of cracks could then be attributed to gale and temperature actions which may cause accumulative inelastic deformations particularly at the bottom of the shell and next to the upper rim.
Abstract FR:
Les nombreuses études réalisées concernant le vieillissement des aéroréfrigérants et l'analyse des retours d'expérience en matière d'auscultation d'ouvrage ont mis en évidence la nécessité de déterminer un état d'endommagement initial à la mise en service. Dans ce contexte, la mise en place d'un modèle numérique capable de décrire le comportement mécanique du béton fissuré et intégrant les déformations de retrait et de fluage pouvant être générées par la technique particulière de fabrication et les conditions de fonctionnement a fait l'objet de cette recherche. Les transferts d'humidité au sein du béton sont décrits à l'aide d'une équation de diffusion non linéaire. Le retrait de dessiccation est supposé proportionnel à la variation d'humidité et peut ainsi être localement évalué. Afin de prendre en compte les déformations de fluage, un modèle de comportement visco-élastique couplé à un modèle de plasticité a été développé. Celui-ci a été mis en œuvre dans le cadre de l'analyse d'éprouvettes en béton et de structures en béton armé soumises à la dessiccation. Les résultats des simulations effectuées ont été comparés avec l'expérience et ont montré la capacité du modèle à fournir une prédiction fiable du comportement des spécimens étudiés. L'outil numérique développé est finalement utilisé pour l'étude du comportement des réfrigérants atmosphériques afin d'apporter des éléments de réponse à la problématique industrielle posée. L'ensemble des résultats de calcul obtenus dans le cadre des modélisations effectuées permet de conclure que les déformations de retrait dues au séchage du béton sont un facteur potentiel de dégradation des coques d'aéroréfrigérant. D'autre part, dans le cadre des scénarios de chargement envisagés, la prise en compte d'un état initial endommagé nous apparaît pertinente pour l'étude du comportement mécanique de l'ouvrage puisqu'elle permet de mettre en évidence une poursuite de la dégradation du matériau au niveau des zones pré-endommagées.