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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)


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


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


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)


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


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


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



1. Identification de k

Détermination de la relation dF/dx

Réalisé sur une portion de courbe

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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)



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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FRP damages after seismic tests



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Méthode du bruit de fond



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Principes de fonctionnement

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• Anti-flambement


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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