PROJETS DE RECHERCHE - STRUCTURES -

 

Projet 1

Analyse des structures à amortissement non classique

Objectifs

La réponse des structures aux chargements dynamiques exrieurs tels que le vent, les chocs, les  forces d’impact, l’explosion et le séisme est conditionnée par plusieurs paramètres,  entre  autres  la   masse,  la  rigidité  et  l’amortissement.  Aussi,  pour  les structures élancées, l’aléa naturel le plus défavorable au dimensionnement est le vent. Dans  ce  cas,   les  phénomènes  de  frottements  et  de   divergence,   le   détachement tourbillonnaire, le phénomène de galop, les effets d’interaction entre le  détachement tourbillonnaire et le phénomène de galop, les effets d’interrence (qui se produisent, par  exemple, dans le cas plusieurs constructions ou éléments verticaux identiques sont disposés en file) doivent être pris en compte.

 

L’amortissement est le mécanisme par lequel une structure dissipe de l’énergie. Si la masse  et  la  rigidité  peuvent  facilement  se  déduire  des  données  sur  le  système,  les mécanismes de perte d’énergie des structures, par contre, sont rarement déterminés à partir de ces données. Les mécanismes de dissipation d’énergie dans les structures sont bien complexes que l’amortissement visqueux  classique  (amortissement de Rayleigh, modal) donnant lieu à des forces proportionnelles à la vitesse, et qui est souvent utilisé pour déterminer la réponse des structures. Ce choix se justifiait beaucoup plus  par la simplicité de la formulation mathématique des équations du mouvement que par sa justesse à représenter le comportement réel des structures. En effet, les phénomènes de dissipation d’énergie sont introduits dans les équations du mouvement de façon globale avec l’hypothèse d’un amortissement visqueux (proportionnel à la vitesse).Toutefois, les structures  réelles  peuvent  comporter  plusieur types  de  matériaux  ou  de  sous- structures avec des propriétés d’amortissement différentes.

 

Même   en   conservant   pour   chaque   matériau   une   formulation   simplifiée   de l’amortissement, l’amortissement du système global est non proportionnel.

 

L’objectif  principal  de  ce  travail  est  de  déterminer  l’influence  des  propriétés  de l’amortissement   non  classique  sur  la  réponse  des  structures,  et  de  proposer  une approche permettant ladaptation des méthodes standards d’analyse modale au cas de l’amortissement  non  proportionnel.  Ce  travail   vise  entre  autres  une  formulation théorique d’un modèle capable de caractériser les phénomènes de dissipation d’énergie (caractérisation de l’amortissement non classique).

 

Dans l’approche  modale,  la  détermination  de  la  réponse  d’un  ouvrage  se  fait  en utilisant les modes propres réels de la structure. Ceci permet de découpler le système en un  nombre  d’équations  modales  indépendantes  qui  est  égal  au  nombre  de  modes considérés. Pour les systèmes non amortis, les modes propres sont réels et déterminés à partir des seules matrices de masse et de rigidité. Pour  des systèmes présentant de l’amortissement,  les  modes  propres  réels  du  système  non  amorti   suffisent  si  cet amortissement peut être exprimé comme une combinaison des matrices de masse et de rigidité de la structure (amortissement de Rayleigh).

 

Toutefois,  pour  des  structures  réelles  les  sources  de  dissipation  d’énergie  sont nombreuses et se produisent à plusieurs échelles par des mécanismes complexes. Dans ce cas, les propriétés d’amortissement conduisent à un modèle dit à amortissement non classique, et la matrice d’amortissement n’est pas liée d’une façon simple aux matrices de  masse  et  de rigidité.  Ces propriétés  d’amortissement  influencent  directement  les modes propres de vibration des structures, et il n’est  donc plus possible d’utiliser la méthode modale spectrale. L’évaluation de la réponse dynamique se  fait alors par la méthode de résolution directe en fréquence ou en temps, mais cette méthode laborieuse peut être évitée en faisant appel aux modes propres complexes de la structure. Pour ce faire, des méthodes nuriques et des méthodes d’identification ainsi que le logiciel de calcul et de programmation MATLAB seront utilisés.

 

 

Projet 2

Contreventement des structures en profilés formés à froid par « shear walls »

Objectifs

L’objectif  de  ce  projet  est  d’étudier  et  mieux  comprendre  le  comportement  des structures en  PAF qui utilisent le système de contreventement par «shear wall». On s’intéressera particulièrement au comportement de ce système de contreventement vis- à-vis de chargements latéraux ainsi qu’à  l’analyse des différentes méthodes utilisées telles  que  les  méthodes  simplifiées  et  celles  qui  prennent  en  compte  au  mieux  la configuration réelle du «shear wall».

 

Plusieurs  modélisations  du  «shear  wall»  peuvent  être  envisagées,  comme  par exemple :

-     modélisation du «shear wall» par des diagonales équivalentes ;

-     remplacement du «shear wall» par un voile équivalent ;

-     traitement de la plaque comme une âme qui résiste à des charges transversales dans son plan en  cisaillement, avec les profilés de rive agissant comme des semelles qui

résistent aux efforts de traction et de compression axiales ;

-     prise en compte de l’élément «shear wall» dans son ensemble c'est-à-dire modéliser le composite plaque, montants, traverses et assemblages.

 

On procédera d’abord, en une analyse bibliographique sur les systèmes de contreventement utilisés dans les structures en PAF. Les diverses méthodes et techniques de modélisation utilisées seront par la suite analysées et appliquées sur un cas de «shear wall» hauteur  d’étage ou multi-étages. On choisira les caractéristiques physico-mécaniques d’un «shear wall» de telle façon à éviter le problème de voilement. L’un des codes numériques existants tels que SAP 2000 ou ANSYS sera utilisé.

 

Il s’agira finalement danalyser et de confronter les résultats numériques obtenus par application des différentes   modélisations   aux   résultats   expérimentaux   tirées   de certaines  références. Une évaluation  de  la  résistance  latérale  de  ce  système  de contreventement sera donc effectuée, une méthodologie d’analyse et de dimensionnement sera retenue et proposée.

 

 

Projet 3

Étude des planchers à dalles alolées préfabriquées Analyse du comportement des joints de liaison

Objectifs

Les  planchers  préfabriqués  sont  de  plus  en  plus  utilisés  pour  la  conception  des ouvrages de  bâtiments grâce aux nombreux avantages qu’ils offrent par rapport aux planchers coulés en place, entre autre l’absence de coffrages sur chantier, la réduction de temps de mise en œuvre, une capacité portante élevée, de très grandes portée s, une grande  durabilité,  …etc.  Il  existe  de  nombreux  types   de  systèmes  de  planchers préfabriqués, dont les principaux sont :

 

-     planchers à dalles alvéolées ;

-     planchers nervurés précontraints ;

-     planchers à poutrelles ;

-     planchers à prédalles.

 

Les planchers à dalles alvéolées précontraintes, en raison notamment de leurs bonnes performances   mécaniques,   d leur   facilité   d mise   en   œuvr (pas   d'étaiement interdiaire) et d'un poids propre relativement faible, sont de plus en plus utilisés.

 

Les  principales  exigences  constructives  posées  aux  planchers  sont  la  capacité portante, la  rigidité, la capacité de répartition transversale de charges concentrées, la transmission  de  charges   horizontales  par  l’effet  diaphragme  vers  les  éléments  de contreventement et la performance acoustique.

 

L’effet diaphragme est généralement assuré par la présence d’une dalle collaborante rapportée en béton armé, et la liaison des joints est réalisée par des étriers en acier fixés au treillis soudé de la dalle collaborante rapportée et ancrés dans les clefs des joints.

 

Il est donc essentiel de connaître le comportement des joints des  dalles alvéolées pour utiliser des méthodes de dimensionnement adaptées à leur fonctionnement et pour assurer la stabilité générale de la construction.

 

L’objectif de ce projet est d’étudier le comportement et l'efficacité des liaisons entre les dalles  alvéolées dans le plan ; ce qui implique essentiellement la justification des joints de liaison vis-à-vis des efforts horizontaux et mieux appréhender la distribution des efforts. Les paramètres tels que la présence ou non d’une dalle de compression, son épaisseur,  la  forme  et  les  dimensions  du  joint  seront  considérés.  À  cet  effet,  une approche numérique par la méthode des éléments finis (MEF)  sera développée pour introduire l’ensemble des paramètres pouvant avoir une influence sur le comportement de ces joints de liaison. Aussi, la capaci d’isolation acoustique de ce type de planchers sera considérée.

 

La méthodologie adoptée consiste, en premier lieu, en une  synthèse de l'état des connaissances   sur  les  planchers  préfabriquées  (analyse  analytique,  numérique   et expérimentale),  les  méthodes  de  calcul  existantes  des  dalles  alvéolées  ainsi  que  les essais expérimentaux réalisés et en second lieu, la définition d’un modèle numérique par éléments finis de la liaison des dalles alvéolées. Deux niveaux  de modélisation seront introduits : d’abord, un modèle de structure entière permettant une  classification du plancher selon sa rigidité.

 

En second lieu une modélisation locale au niveau de la jonction des dalles (joints de liaisons)  sous  l’action  d’un  effort  horizontal  en  utilisant  un  logiciel  de  simulation numérique (ANSYS software, par exemple).

  

 

Projet 4

Étude de l’influence de la vibration des systèmes de plancher sur les occupants et les équipements sensibles

Objectifs

Ce  projet  de  recherche  a  pour  objectif  l'étude  du  comportement  des  systèmes  de planchers vis-à-vis e l’action vibratoire due à lactivité humaine et son influence sur les personnes  et  sur  les  appareils  et  équipements  sensibles  souvent  installés  dans  les laboratoires  des  établissements  universitaires  et  de  recherches  ainsi  que  dans  les établissements hospitaliers

 

En  effet,  les  vibrations  causées  par  différentes  sources  (internes  ou  externes)  et transmises  aux  planchers,  peuvent  être  perceptibles  par  les  occupants  ou  par  les appareils ou équipements fixés à ces planchers et pouvant entrainer ainsi leur mise en état hors service.

 

En  proposant  cette  recherche,  on  vise  notamment  à  identifier  les  conditions  de fonctionnalité des planchers (fréquences et accélération limites) par rapport à un usage donné et cerner les  paramètres  (masse, rigidité, amortissement) dont l'influence sur leur   comportement   vibratoir est effective.   D même,   l’influence   des   différentes solutions d'isolation d'équipements et appareillages de mesure seront abordées.

 

Cette étude mettra à la disposition des ingénieurs et concepteurs des outils simples de dimensionnement et d’évaluation de l’état limite de service en vibration et les conditions de contrôle de mouvement.

 

 

Projet 5 

Renforcement et/ou réparation des maçonneries avec le composite TFC (tissu de fibre de carbone)

 Objectifs

L’objet de ces investigations concerne le cas de renforcement et/ou la réparation de murs en maçonnerie sous l’action latérale due au séisme, vent, ou toute autre charge de flexion pouvant être critique pour la stabilité du mur.

 A cet effet les techniques adoptées sont l’utilisation de matériaux composites TFC disponibles localement.

Des murets témoins seront renforcés après fissuration et des essais de chargement seront ensuite effectués pour évaluer les performances des techniques de renforcement et le gain apporté en charge ultime et en ductilité.

 L'objet des essais consiste à investiguer le renforcement et/ou la réparation des murets au cas par cas de configuration de renforcement avec le tissu de fibre de carbone.

 Des modélisations numériques de murets avec tissus de fibres de carbone seront effectuées avec le logiciel ANSYS.

 

 

Projet 6

 Assemblages mécaniques des profilés d’acier   formés à froid par vis.

 Objectifs

 L’objectif de ce projet est d’étudier le comportement non linéaire des assemblages mécaniques par des vis sous une sollicitation de cisaillement "charge monotone", d’éléments des structures en charpente métallique minces à base de profilés formés à froid afin d’assurer une bonne résistance à ce type d’ouvrage.

Le choix des caractéristiques mécaniques et géométriques sera effectué selon les profilés usuels dans la construction.

 La loi de comportement des matériaux (plaques d’acier) à la traction se déterminera soit par une étude expérimentale, ou par une loi idéalisée tirée de la littérature.

 Une simulation numérique sur un panneau de contreventement sous un chargement monotone, afin d’évaluer l’effet des assemblages avec vis sur le comportement global d’un panneau de contreventement par l’introduction de la loi de comportement d’assemblage déterminée par ces essais, ainsi que les résultats numériques seront comparés avec ceux de l’expérimentation présentée dans la littérature.

 

 

Projet 7

Elaboration d'un avant-projet de document technique réglementaire de conception et de calcul des structures en profilés d’acier formé à froid

Objectifs

En l’absence de règlementation Algérienne en vigueur, les premières tentatives de construction avec les PAF ont été soumises à des études pour élaboration d’avis techniques avant concrétisation des projets. Le règlement parasismique Algérien RPA ne prenait pas en charge les techniques de conception et de mise en œuvre de ces structures. Dans le cas où des prescriptions sur l’utilisation de ces procédés seraient introduites dans le RPA99/2003, cette disposition devrait être complétée par un document d’application traitant de la conception, du calcul et de la mise en œuvre.

 

Dans ce cadre, nous nous proposons de recueillir les éléments permettant la rédaction et l’élaboration de ce document. Ce travail sera basé sur la littérature internationale et l’expérience du Centre dans l’instruction et la délivrance d’un nombre important d’avis techniques sur ce procédé, sur l’investigation de plusieurs projets finalisés, et aussi sur les phases de recherche finalisées et déposées au niveau du Centre. 

 

Le caractère et le niveau de ce document seront arrêtés ultérieurement avec les services concernés.