Séminaire Scientifique Institut Seism 29/09/2015
Séminaire scientifique 2015 de l’Institut SEISM
Evolution des pratiques et besoins
expérimentaux en dynamique des sols et
structures
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29 Septembre 2015
Application à quelques systèmes de protection parasismiques:
- Les appuis parasismiques
- Les amortisseurs
- Le tissu de carbone (TFC)
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Appuis parasismiques
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Les appuis parasismiques
Expertise complète
Conception / dimensionnement
Qualification / tests
Fabrication
Installation
Expérience dans le domaine du nucléaire
RJH
ITER
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CONCEPTION
Pré-dimensionnement et benchmarking de solutions
Logiciel dédié
Modèle simplifié du bâtiment (masse + centre de gravité, empreinte au sol)
Accélérogrammes, amortissements
Types d’appuis, positions des appuis
Calculs rapides permet de tester différentes configurations
Nombre d’appuis et layout préliminaire des appuis
Solutions avec différents types d’appuis
Solutions couplées avec des amortisseurs
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amortisseurs
appuis
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CONCEPTION
Validation des appuis (EN 1337-3 et NF EN15129)
Vérification normative (EN 1337 pour statique et EN 15129 pour dynamique) à partir des efforts / déplacements
déterminés par analyse sismique détaillée du bâtiment
Modélisation éléments finis
Conception et dimensionnement du système d’ancrage des appuis
Assemblage et ancrage au GC
Doit permettre remplacement de l’appui
Doit permettre transmission des effort (horizontal et vertical)
EN 1993-1-8 ; ETC-C 2012
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TESTS / QUALIFICATION
Référence normative : NF EN 15129
Initial Type Test (ITT)
Effectué une fois, avant le début de la production
Programme de tests défini pour assurer l’adéquation entre la performance des appuis et les exigences de
dimensionnement
Outre les tests pour la configuration « nominale », qui couvre les conditions prises en compte lors de la conception,
possibilité de définir un programme de tests « de robustesse », avec des conditions plus sévères que celles de
dimensionnement
Factory production Control (FPC)
Effectués durant la production
Programme de tests défini pour assurer la qualité de la production
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Essais de type (Initial Type Tests)
Philosophie du programme de test à définir
Pour les essais servant à caractériser des paramètres définissant la réponse de l’appui, les tests doivent être faits au
moins 3 fois (préférablement 6 fois pour des paramètres critiques tels que Gd)
Pour le essais servant à valider la réponse correcte de l’appuis sous sollicitation nominale, les tests doivent être faits
au moins 2 fois (par exemple pour la capacité latérale sous chargement vertical)
Essais réaliser sur des appuis échelles 1 pour éviter les effets d’échelle
Des échantillons de gomme peuvent être testés et caractérisés séparément
Les conditions d’essais doivent être représentatives des conditions sur site (température
/ charges / déplacements)
Attention : prise en compte de la disponibilité des labos d’essais
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Essais de type selon NF EN 15129
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Pour les essais cycliques, des séries de 5 cycles doivent être effectués
Il n’existe pour l’instant pas d’exigence en termes d’essais de traction. Deux types de
tests sont considérés comme étant pertinents
Caractériser Gd et ξds sous déformations cycliques et traction verticale
Caractériser la raideur vertical en traction
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ESSAIS QUALIFICATION DES APPUIS
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ASB n° 16109 : +/- 110 mm under 0.55 Hz
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
-120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120
Horizontal displacements [mm]
Ho
rizo
nta
l lo
ad
s [
kN
]
Labo d’essai de Bochum (Allemagne) – Essai de cisaillement
Réponse caractéristique d’un LDRB sous
chargement horizontal
Essai de cisaillement dynamique sur échantillon
Labo d’essai de Bochum (Allemagne)– Essai de
fluage Labo d’essai EUCentre (Pavie - Italie)
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Programme de test des appuis en tractions
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Programme de test des appuis en tractions
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Complémentarité des essais et des simulations
numériques
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Essais de type - Vieillissement
NF EN 15129 : vieillissement accéléré sur une courte période nécessité de prévoir une
campagne de vieillissement plus complète
Vérifier que le mécanisme de vieillissement suit une loi d’Arrhenius
Fournir suffisamment de données pour définir une loi prédictive
Longue durée (18 à 24 mois) : nécessité de prévoir à l’avance
Echantillons et appuis échelle 1 dans des cellules thermiques corrélation du vieillissement entre les échantillons et
les appuis échelle 1
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2 – Essais de production (Factory Production
Controls)NF EN 15129: tests aléatoirement sur 20% de la production : inapplicable en grandes quantités
NF EN1337-3 : définit fréquence de tests basée sur volume de gomme utilisé pour fabrication
Programme d’essais gérable: augmenter les essais de cisaillement statiques(1/3 production)
et réduire les essais dynamiques (5%)
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Amortisseurs IsoSism FD HR
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Les amortisseurs IsoSism FD HR
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Les amortisseurs IsoSism FD HR
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Dans Code_Aster, on dispose d’un modèle d’amortisseur visqueux non-linéaire
Le modèle de ZENER généralisé
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Paramètres de la loi de comportement
Modélisation de Maxwell
Lors des essais on impose :
xA = 0
xC = A.sin(w.t)
Les paramètres à identifier pour caractériser l’appareil sont :
k : la raideur
C : le calibre
a : le coefficient de forme
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A B C
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Spécificité de l’usage des amortisseurs dans les
bâtiments
EN 15129 – faite pour les ponts et structures isolées sismiquement <-> 1DDL ; lors d'un séisme on fait usage des amortisseurs à forte vitesse et fort déplacement
En bâtiment, faible vitesse, faible débattement
Donc campagne d’essais = plusieurs vitesses ; plusieurs déplacements
Détermination des déplacements par analyse statistique des déplacements et vitesses des amortisseurs sur base de l’étude APS de l’ouvrage
4 Déplacements : de 1 à 50mm
7 Vitesses
3 Températures : de -33°C à +50°C
Finalité : vérification du respect de la loi de Maxwell pour les amortisseurs dans toute configuration de déplacement et vitesse. (Valide les études numériques préalables)
3 cycles sinusoïdaux
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Essais de qualification des IsoSism FD-HR
Description de l'essai :
Tests de vérification de la loi de comportement, d’efficacité de
l’amortissement, d’usure des joints et de montée en pression
Essais en température (-33°C, +23°C et +50°C)
Techniques spécifiques mise en œuvre :
Essais dynamiques à hautes fréquences et hautes vitesses
Gestion de la température via chambre thermique
Management des essais par suivi de capteurs
Chiffres clés :
6 mois d’essais
6 amortisseurs testés
Domaine d’application : Isolation sismique des
bâtiments
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Méthode par identification graphique
L’identification de k se réalise à vitesse nulle = déplacement nul
L’identification de C se réalise à déplacement nul = vitesse max
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Déplacement
Vitesse
Identification
de C
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Méthode par identification graphique
1. Identification de k
Détermination de la relation dF/dx
Réalisé sur une portion de courbe
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Méthode par identification graphique
2. Identification de C et a
Pour différentes vitesse, la force max est
déterminée pour le plus fort débattement1
Les paramètre C et a sont déterminés
pour correspondre au mieux aux efforts
relevés
2.1. Identification des couples de
paramètres
On cherche à minimiser l’écart moyen
entre la loi théorique et F=CVa et la loi réel
Identification de couple C et a minimisant
la moyenne des écarts
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1 Mesure réalisé sur la courbe à fort débattement établissement d’une force constante (permettant de négliger l’action du ressort du modèle de
Maxwell)
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Méthode par identification graphique
2.2. Recherche du minimum local
Recherche du couple C et a minimisant
l’écart max
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Tissus de fibre de carbone
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Le tissus de Carbone (TFC)
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Le projet :
ECOLEADER
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Le tissus de Carbone (TFC)
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Le tissus de Carbone (TFC)
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FRP damages after seismic tests
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Le tissus de Carbone (TFC)
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Méthode du bruit de fond
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Le tissus de Carbone (TFC)
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Principes de fonctionnement
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• Anti-flambement
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L’entraînement et l’ancrage
Le renforcement fonctionne s’il est entraîné
par adhérence
La préparation de surface est primordiale
Le renforcement fonctionne s’il est ancré :
Par adhérence
ou par ancrage mécanique
(différentes géométrie de mèches)
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Conclusions
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Conclusion
Campagnes d’essais importantes
Disponibilité des moyens d’essais (surtout pour le développement de produits)
Utilité d’organismes indépendants pour la qualification des systèmes
Fédérations entre les moyens de recherche et de qualification des produits
industriels
Merci pour votre attention
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