Partenariats avec le CEA

Contact : Luc Davenne, luc.davenne[]parisnanterre.fr

Dans les centrales nucléaires françaises, les systèmes permettant de soutenir les équipements sont fixés aux parois en béton armé par des ancrages coulés en place. Ils ont un rôle essentiel pour la sûreté en cas de chargement sévère (accident, séisme, …). On en compte plusieurs dizaines de milliers dans chaque centrale.
Un système d’ancrage est composé de deux parties, les goujons ancrés dans le béton et la platine jouant un rôle d’interface et de répartition pour transférer les efforts dus à l’équipement vers les goujons. La résistance d’arrachement ou de cisaillement des goujons est liée à leur taille et à la résistance du béton. Selon sa rigidité, la platine répartit différemment les efforts sur chaque goujon individuel, et la résistance du système d’ancrage peut être affectée.
Le but de ce travail de thèse est dans un premier temps de réaliser des simulations numériques fines pour caractériser le comportement et la résistance de ces systèmes d’ancrage. L’utilisation d’un modèle d’endommagement pour le béton, avec régularisation en traction et en compression, permet de reproduire les résultats d’essais avec une certaine objectivité vis-à-vis du maillage. Dans un second temps des études paramétriques vont permettre de cibler les paramètres pertinents à utiliser pour un plan d’expérience permettant de construire des surfaces de réponse et/ou des abaques pour affiner le dimensionnement de ces systèmes d’ancrage.
 

Publication, sous presse.

Thèse associée : Matthieu Le Noir de Carlan.

Afin d'évaluer le phénomène de fissuration dans les grandes structures en béton armé et précontraint, une simulation prédictive de l'endommagement du béton avec un maillage fin et une loi de comportement non linéaire est nécessaire. Du fait de la charge de calcul, une telle modélisation n'est pas applicable directement sur des structures dont les dimensions caractéristiques sont supérieures à plusieurs dizaines de mètres. Pour traiter ce type de structure, une méthode de condensation statique adaptative (ASC), qui concentre l'effort de calcul sur la zone endommagée (domaine d'intérêt) uniquement, qui peut évoluer en raison de l'initiation ou de la propagation des fissures, a été développée. Une méthode de partitionnement automatique du maillage basée, sur des considérations physiques, prend en compte la forme attendue et l'évolution de l’endommagement lors du chargement, et rend la méthode ASC encore plus efficace. Cette dernière a été complétée par une approche de raffinement de maillage (MR) dans les domaines d’intérêt pour augmenter la précision du calcul là où c’est pertinent. Une attention particulière est portée aux développements nécessaires pour étendre le domaine d'application de la méthode ASC aux structures en béton précontraint en tenant compte des effets de vieillissement du béton (retrait et fluage). Une application sur une enceinte de confinement montre des gains de temps de calcul avec un facteur de l’ordre de 10 et la possibilité de réaliser des calculs raffinés inaccessible avec des méthodes classiques où la taille de la mémoire occupée était trop grande.
 
Publications :
Simulation of large dimensional reinforced and prestressed concrete structures using a new adaptive static condensation method including automatic mesh partitioning, Ali Mezher, Ludovic Jason, Gauthier Folzan, Luc Davenne, Finite Elements in Analysis and Design, 2022, 202, pp.103718. ⟨10.1016/j.finel.2021.103718⟩.
Article dans une revue hal-03510952v1.

Achieving Higher Levels of Crack Simulation with the Improved Adaptive Static Condensation Method, Ali Mezher, Ludovic Jason, Gauthier Folzan, Luc Davenne, Buildings, 2024, 14 (3), ⟨10.3390/buildings14030648⟩.
Article dans une revue hal-04485175v1.

Thèse associée : Ali Mezher, soutenue en 2022.

Les structures « Steel-Concrete-Steel » (SCS) sont des structures composites combinant des plaques d’acier et un cœur de béton à l’aide d’un système de connexion. Leur fortes résistance, rigidité, durabilité, étanchéité et leur modularité en font un choix de structure de plus en plus concurrentiel pour la construction d'immeubles de grande hauteur, des tunnels submergés ou encore dans le domaine du nucléaire. Pour permettre leur utilisation et afin de mieux comprendre, caractériser et prédire leurs comportements, des études numériques ont été réalisées pour ce contrat.
Robine Calixte a proposé une méthodologie fine de modélisation des structures SCS. La stratégie développée permet entre autres, de reproduire finement la réponse du béton autour des connecteurs, zone dans laquelle ce matériaux subit d’importantes sollicitations de compression et cisaillement localisées, ainsi que le cisaillement des connecteurs, l’un des phénomènes à l’origine de la ruine de la zone de connexion. Appliquée dans un premier temps à des essais push-out, puis à des poutres SCS en flexion, ces modélisations permettent d’observer les variations de comportement observables entre des structures SCS à action composite complète et partielle. À partir de cette modélisation fine, une stratégie de modélisation simplifiée est également développée et appliquée à l’étude de jonction d’ossature SCS. Cette étude a permis d’analyser la réponse et d’identifier les points faibles de ce type de structure complexe.
 
Publications :
Modélisation du comportement en cisaillement d'une connexion de structure composite, Robine Calixte, Ludovic Jason, Luc Davenne, Academic Journal of Civil Engineering, 2020, Special issue - RUGC 2020 MARRAKECH, 38 (1), pp.5-8. ⟨10.26168/ajce.38.1.2⟩.
Article dans une revue hal-03187747v1.

Partial to full composite action in steel–concrete sandwich beams: development of a modeling strategy and comparison to standards, Robine Calixte, Ludovic Jason, Luc Davenne, International Journal of Civil Engineering and Technology, 2022, 20, pp.1327-1342. ⟨10.1007/s40999-022-00747-8⟩.
Article dans une revue cea-03737115v1.

Refined and Simplified Simulations for Steel–Concrete–Steel Structures, Robine Calixte, Ludovic Jason, Luc Davenne, Applied Mechanics, 2023, 4 (4), pp.1078-1099. ⟨10.3390/applmech4040055⟩.
Article dans une revue cea-04250244v1.

Thèse associée : Robine Calixte, soutenue en 2021.