L’aluminium est le matériau tout désigné pour les donneurs d’ouvrage étant à la recherche de matériaux plus durables pour les ponts routiers. Alliant un excellent ratio résistance/poids à une excellente résistance naturelle à la corrosion, son utilisation sous la forme d’un platelage extrudé connecté à des poutres d’acier assure une structure plus légère et requérant beaucoup moins d’entretien que les structures traditionnelles. Toutefois, la légèreté de l’aluminium, qui est un avantage important lors de la conception de la structure sous-jacente ainsi que lors de la construction, peut se révéler être un défi important d’un point de vue dynamique, en raison des fréquences de vibration qu’elle produit. Considérant que le code canadien sur le calcul des ponts routiers prescrit l’utilisation d’un coefficient de majoration dynamique (CMD) pour prendre en compte les effets dynamiques lors de la conception, et que la valeur de ce coefficient est basée sur le comportement dynamique des ponts traditionnels, des interrogations sont soulevées quant à l’applicabilité de ce coefficient pour des ponts à platelage d’aluminium, ayant un comportement dynamique différent. Afin de répondre à ces questions, des modèles dynamiques simplifiés permettant de représenter deux camions canadiens actuels, le CL-625 et le train double B, ont été développés et implémentés dans Abaqus. Par la suite, ces modèles furent utilisés afin de réaliser plusieurs séries d’analyses dynamiques, cherchant à évaluer l’impact sur la réponse du pont de divers paramètres et comparer les résultats obtenus aux valeurs prescrites. Les résultats obtenus dans cette étude, qui se veut le point de départ de l’analyse du comportement dynamique des ponts à platelage d’aluminium, semblent indiquer qu’en dépit d’un comportement dynamique différent, les valeurs de CMD prescrites par le code canadien sont sécuritaires pour des ponts à platelage d’aluminium. Toutefois, de nombreuses autres études seront nécessaires avant d’émettre des recommandations finales. / Aluminium is a material of choice for any highway bridge owners looking for more durable materials. Combining an excellent strength to weight ratio with an excellent corrosion resistance, an extruded aluminium deck connected to steel girders provides a lighter structure and requires less maintenance than the usual materials, such as steel or concrete. However, the aluminium’s lightweight, which is a huge advantage for the foundations design as well as for the construction, can become a concern when the bridge’s dynamic behavior is considered, due to its higher vibration frequencies. Considering that the Canadian Highway Bridge Design Code prescribes the use of a dynamic load allowance (DLA) factor to account for the dynamic effects of the traffic loads on the bridge, and that the values prescribed are based on the dynamic behavior of traditional bridges, some doubts arose about the applicability of this coefficient to aluminium deck bridges, which are expected to have a different dynamic behavior. To validate these speculations, simplified dynamic models were developed to replicate the dynamic behavior of two Canadian trucks, the CL-625 and the train double B. These models were then implemented in Abaqus and used in a series of dynamic analysis investigating the effect on the bridge response of different parameters, both from the truck and the bridge. Results have shown that, despite having a different dynamic behavior, the dynamic amplifications observed on aluminium deck bridges were always lower than the DLA values prescribed by the Canadian code, indicating that, for the situations studied, those values are safe to use. However, further studies will be required before any final conclusions can be made about the applicability of the DLA values in their current state.

Dans les problèmes de calcul de structures, la simulation du comportement en vibrations moyennes fréquences soulève plusieurs difficultés. Parmi elles, on peut citer des problèmes liés l'hypersensibilité de la réponse de la structure, des difficultés tenant à la modélisation de la géométrie, de l'amortissement et des liaisons, et des difficultés sur le plan numérique, les méthodes éléments finis classiques devenant trop coûteuses lorsque la fréquence augmente. Ce travail de thèse se concentre sur le problème de la modélisation des liaisons et de l'identification des paramètres des modèles. La méthode proposée envisage de s'appuyer sur des travaux déjà développés au LMT. Nous adoptons une méthode de recalage initialement basée sur les travaux sur l'erreur en relation de comportement, qui a montré sa robustesse pour la correction de modèles éléments finis, et qui ici est utilisée pour le recalage des modèles de liaison. Sur le plan numérique, la théorie variationnelle des rayons complexes (TVRC), dédiée au calcul des vibrations en moyennes fréquences, sera l'approche privilégiée. Pour pouvoir utiliser conjointement ces deux approches, la contribution majeure de ce travail propose « une version sous structurée » de la TURC qui considère l'interface comme une sous structure à part entière, possédant ses propres inconnues et équations. La validation de cette variante, ainsi que la robustesse de la méthode de recalage sont étudiées en s'appuyant sur des essais simulés numériquement.

This doctoral research work focuses on the simulation of progressive collapse of reinforced concrete structures. It aims at contributing to the ‘alternate load path’ design approach suggested by the General Services Administration (GSA) and the Department of Defense (DoD) of the United States, by providing a detailed yet flexible numerical modelling tool. <p><p>The finite element formulation adopted here is based on a multilevel approach where the response at the structural level is naturally deduced from the behaviour of the constituents (concrete and steel) at the material level. One-dimensional nonlinear constitutive laws are used to model the material response of concrete and steel. These constitutive equations are introduced in a layered beam approach, where the cross-sections of the structural members are discretised through a finite number of layers. This modelling strategy allows deriving physically motivated relationships between generalised stresses and strains at the sectional level. Additionally, a gradual sectional strength degradation can be obtained as a consequence of the progressive failure of the constitutive layers. This means that complex nonlinear sectional responses exhibiting softening can be obtained even for simplified one dimensional constitutive laws for the constituents.<p><p>This numerical formulation is used in dynamic progressive collapse simulations to study the structural response of a multi-storey planar frame subject to a sudden column loss. The versatility of the proposed methodology allows assessing the influence of the main material and design parameters in the structural failure. Furthermore, the effect of particular modelling options of the progressive collapse simulation technique, such as the column removal time or the strategy adopted for the structural verification, can be evaluated.<p><p>The potential strain rate effects on the structural response of reinforced concrete frames are also investigated. To this end, a strain rate dependent material formulation is developed, where the rate effects are introduced in both the concrete and steel constitutive response. These effects are incorporated at the structural level through the multilayered beam approach. In order to assess the degree of rate dependence in progressive collapse, the results of rate dependent simulations are presented and compared to those obtained via the rate independent approach. The influence of certain parameters on the rate dependent structural failure is also studied.<p><p>The differences obtained in terms of progressive failure degree for the considered parametric variations and modelling options are analysed and discussed. The parameters observed to have a major influence on the structural response in a progressive collapse scenario are the ductility of the steel bars, the degree of symmetry and/or continuity of the reinforcement and the column removal time. The results also depend on the strategy considered (GSA vs DoD). The strain rate effects are confirmed to play a significant role in the failure pattern. Based on these observations, general recommendations for the design of progressive collapse resisting structures are finally derived.<p><p><p><p><p>L’effondrement progressif est un sujet de recherche qui a connu un grand développement suite aux événements désastreux qui se sont produits au cours des dernières décennies. Ce phénomène est déclenché par la défaillance soudaine d’un nombre réduit d’éléments porteurs de la structure, qui provoque une propagation en cascade de l’endommagement d’élément en élément jusqu’à affecter une partie importante, voire la totalité de l’ouvrage. Le résultat est donc disproportionné par rapport à la cause. La plupart des codes de construction ont inclus des prescriptions pour le dimensionnement des structures face aux actions accidentelles. Malheureusement, ces procédures se limitent à fournir des ‘règles de bonne pratique’, ou proposent des calculs simplifiés se caractérisant par un manque de détail pour permettre leur mise en oeuvre.<p><p>Cette thèse de doctorat intitulée Simulation de l’Effondrement Progressif des Structures en Béton Armé: Influence des Paramètres Materiaux et de Dimensionnement et Investigation des Effets de Vitesse a pour but de contribuer à la simulation numérique de l’effondrement progressif des structures en béton armé. Une formulation aux éléments finis basée sur une approche multi-échelles a été développée, où la réponse à l’échelle structurale est déduite à partir de la réponse au niveau matériel des constituants (le béton et l’acier). Les sections des éléments structuraux sont divisées en un nombre fini de couches pour lesquelles des lois constitutives unidimensionnelles sont postulées. Cet outil permet une dégradation graduelle de la résistance des sections en béton armé suite à la rupture progressive des couches. Des comportements complexes au niveau des points de Gauss peuvent être ainsi obtenus, et cela même à partir de lois unidimensionnelles pour les constituants.<p><p>Cette formulation est utilisée pour la simulation de l’effondrement progressif d’ossatures 2D, avec prise en compte des effets dynamiques. La versatilité de la présente stratégie numérique permet d’analyser l’influence de différents paramètres matériaux et de dimensionnement, ainsi que d’autres paramètres de modélisation, sur la réponse structurale face à la disparition soudaine d’une colonne.<p><p>Les effets de la vitesse de déformation sur le comportement des matériaux constituants est aussi un sujet d’attention dans ce travail de recherche. Des lois constitutives prenant en compte ces effets sont postulées et incorporées au niveau structural grâce à l’approche multi-couches. Le but est d’étudier l’influence des effets de la vitesse de chargement sur la réponse structurale face à la disparition d’un élément porteur. Les resultats obtenus à l’aide de cette approche avec effets de vitesse sont comparés à ceux obtenus avec des lois indépendantes de la vitesse.<p><p>Les différences dans la réponse à la disparition d’une colonne sont analysées pour les variations paramétriques étudiées. Les paramètres ayant une influence importante sont notamment: la ductilité des matériaux constituants et la disposition et/ou la symétrie des armatures. Les effets de vitesse sont également significatifs. Sur base de ces résultats, des recommandations sont proposées pour le dimensionnement et/ou l’analyse des structures face à l’effondrement progressif.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

In the global framework of improving vibro-acoustic numerical prediction quality together with the need to decrease the number of prototyping stages, this manuscript focuses on achieving greater accuracy for acoustic numerical simulations by making use of a parametric updating technique, which enables tuning the model parameters inside physically meaningful boundaries. The improved model is used for the next prototyping stages, allowing more accurate results within reduced simulation times. The updating technique is based on recent works dealing with the constitutive relation error method (CRE) applied to acoustics. The updating process focuses on improving the acoustic damping matrix related to the absorbing properties of the materials covering the borders of the acoustic domain. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished