Une nouvelle stratégie de modélisation enrichie pour l'interface acier-béton dans le contexte des éléments de plaques multicouches : application à l’évaluation des spectres de plancher

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Laboratoire d'accueil : Laboratoire de modélisation et d’analyse de la performance des structures (LMAPS)

Date de début de thèse : octobre 2020

Pour certains ouvrages de génie civil nucléaire tels que les bâtiments annexes en béton armé, la caractérisation mécanique de leur comportement constitue un défi majeur afin d’évaluer de manière réaliste les spectres de planchers, en particulier lorsque des sollicitations au-delà du niveau de dimensionnement sont considérées. Afin de faire progresser la robustesse des approches non linéaires utilisées dans la modélisation des structures en béton armé, il est nécessaire de prendre en compte dans la modélisation du comportement tout phénomène contribuant à la dissipation d'énergie. L'interaction entre le béton et l’acier des renforts se produisant au niveau de leur interface est l’un de ces phénomènes. La prise en compte de cette interface acier-béton a une importance significative sur le processus de fissuration des structures en béton armé et la répartition des fissures. En ce qui concerne la prise en compte du comportement mécanique de cette interface dans la modélisation numérique, elle demeure insatisfaisante, notamment en ce qui concerne la prédiction de la fissuration (Phan 2012).

L'objectif principal de cette thèse est donc d’améliorer la manière dont est prise en compte la dissipation d’énergie au niveau de l'interface acier-béton dans les modèles aux éléments finis. En particulier, il s’agira de proposer un modèle applicable à un élément de plaque multicouche avec enrichissement cinématique, ce type d’élément étant particulièrement utilisé pour des analyses dynamiques sismiques. Une étape de validation du modèle sur la base d’essais simples standardisés ou de contrôle et en réalisant des tests numériques sur des VER sera nécessaire. De plus, une validation et une calibration définitives seront réalisées sur la base des résultats d’essais sur des éléments de structure de plus grande échelle. Pour ce faire, le programme SAFE peut servir de référence expérimentale ainsi que le programme SMART 2013. Cela permettra non seulement de vérifier la capacité du modèle à reproduire des résultats des essais expérimentaux mais aussi de valider sa capacité prédictive. Cette thèse vise, d’une part, à faire progresser la capacité prédictive des modèles numériques d’interface acier-béton pour permettre de mieux appréhender le comportement d’éléments de structure en béton armé ou encore les modes de ruine pour lesquels des non linéarités fortes sont activées et, d’autre part, à évaluer l’effet des non linéarités de comportement sur les spectres de plancher.

Cette action de recherche est proposée dans le cadre d'un programme de travail visant à mieux maîtriser le transfert des spectres depuis le sol vers les équipements, dans le cas d’une structure en béton armé manifestant des non linéarités modérées. Pour cela, il est nécessaire d’identifier de manière pertinente les différentes sources de dissipation d’énergie (dissipation matérielle, dissipation visqueuse et éventuellement la dissipation numérique liée au schéma d’intégration temporelle). La dégradation de l'interface acier-béton contribue fortement à la dissipation matérielle. C’est pourquoi sa modélisation doit être maîtrisée.