Contribution à l'analyse non linéaire géométrique et matérielle des ossatures spatiales en Génie Civil : application aux ouvrages d'art
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In the field of civil engineering, the current trend to design structures more and more slender and the need to reduce the quantities of material, lead designers to make nonlinear calculations taking into account of the nonlinearities of the System. In the field of engineering structures, considering both material and geometrical nonlinearities is essential, therefrom the necessity to have computer tools fitting the profession and solving that problem. We propose a space convected coordinates based formulation consisting in breaking up the movement of a particle into a large rigid body movement and a small movement inducing strains. Large displacements and large rotations are taken into account for tridimensional beam éléments, whereas the material nonlinearity is based on the hypothesis of small strains. We can modelize space frames made of métal, of reinforced concrète or prestressed concrète. Delayed effects, that are concrète shrinkage and creep and prestressed concrète steel relaxation, are integrated in the général resolution scheme. In order to simulate the engineering structures construction and to study their statics, we consider large displacements for articulations, and we develop a spécifie beam élément that simulâtes correctly the behaviour of weighty cables, even though when not tensed. From the initial stress matrix, we develop the linear instability calculation. We propose the possible extension of our resolution scheme from static loads to dynamic ones. We validate our approach by comparing the results of our calculations tô the expérimental results or the theoretical solution of représentative tests. At last, an example of use of the programme on a real project is shown : the simulation of the replacement of the suspension System of the Tancarville Bridge.
Abstract FR:
En Génie civil, la tendance actuelle à concevoir des structures de plus en plus élancées et le besoin d'optimiser les quantités de matériau, conduisent les projeteurs à mener des calculs prenant en compte les non-linéarités du système. En ouvrage d'art, considérer le couplage entre les non-linéarités matérielle et géométrique est impératif, d'où la nécessité de disposer d'outils informatiques adaptés au métier et résolvant ce problème. Nous proposons une formulation basée sur les coordonnées convectées spatiales en décomposant le mouvement d'une particule en un mouvement de corps rigide de grande amplitude et un mouvement modéré induisant les déformations. Ceci permet de prendre en compte les grands déplacements et les grandes rotations pour des éléments de poutre tridimensionnels alors que la non-linéarité matérielle repose sur l'hypothèse des petites déformations. On peut ainsi modéliser les ossatures spatiales composées de métal, de béton armé ou de béton précontraint. Les effets différés, à savoir le retrait et le fluage du béton ainsi que la relaxation des aciers de précontrainte, sont intégrés dans le schéma général de résolution. Pour simuler la construction des ouvrages d'art et étudier leur schéma statique, nous développons la prise en compte des grands déplacements pour les articulations ainsi qu'un élément simulant correctement le comportement d'un câble pesant, même lors des phases où il est détendu. Nous développons le calcul d'instabilité élastique à partir de la matrice des contraintes initiales issue de notre formulation. Nous proposons l'extension possible de l'algorithme de résolution du cas de chargement statique au cas dynamique. Nous validons notre approche en confrontant les résultats de nos calculs à des mesures expérimentales ou à la solution théorique de cas tests représentatifs. Enfin, une exemple d'utilisation du programme sur un tel projet réel est présenté : la simulation du remplacement du système de suspension du Pont de Tancarville