Contribution à la compréhension du comportement des

N° d’ordre 2015ISAL0020 Année 2015
THÈSE
Présentée devant
L’INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUÉES DE LYON
Pour obtenir
LE GRADE DE DOCTEUR
Spécialité : Génie Civil
Par
Khuong LE NGUYEN
Contribution à la compréhension du
comportement des structures renforcées par FRP
sous séismes
Soutenue le 04 Mars 2015, devant la Commission d’Examen
Panagiotis KOTRONIS
Professeur (Ecole Centrale de Nantes)
Rapporteur
Marco SAVOIA
Professeur (Université de Bologna-Italy)
Rapporteur
Etienne GALLITRE
Docteur Ingénieur, EDF
Examinateur
Emmanuel FERRIER
Professeur (IUT LYON 1)
Examinateur
Michael BRUN
Maître de conférences (INSA de Lyon)
Co-Directeur de thèse
Nicolae ILE
Ingénieur de recherche (CEA Paris)
Co-Directeur de thèse
Ali LIMAM
Professeur (INSA de Lyon)
Directeur de thèse
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INSA Direction de la Recherche - Ecoles Doctorales – Quinquennal 2011-2015
SIGLE
ECOLE DOCTORALE
NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE
CHIMIE
CHIMIE DE LYON
http://www.edchimie-lyon.fr
Sec :Renée EL MELHEM
Bat Blaise Pascal
3e etage
Insa : R. GOURDON
M. Jean Marc LANCELIN
Université de Lyon – Collège Doctoral
Bât ESCPE
43 bd du 11 novembre 1918
69622 VILLEURBANNE Cedex
Tél : [phone]
[e-mail]
E.E.A.
ELECTRONIQUE,
ELECTROTECHNIQUE, AUTOMATIQUE
http://edeea.ec-lyon.fr
Secrétariat : M.C. HAVGOUDOUKIAN
[email protected]
M. Gérard SCORLETTI
Ecole Centrale de Lyon
36 avenue Guy de Collongue
69134 ECULLY
Tél : [phone] Fax : [phone]
Gerard.scorl[email protected]
E2M2
EVOLUTION, ECOSYSTEME,
MICROBIOLOGIE, MODELISATION
http://e2m2.universite-lyon.fr
Insa : H. CHARLES
Mme Gudrun BORNETTE
CNRS UMR 5023 LEHNA
Université Claude Bernard Lyon 1
Bât Forel
43 bd du 11 novembre 1918
69622 VILLEURBANNE Cédex
Tél : [phone]
e2m2@ univ-lyon1.fr
EDISS
INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-
SANTE
http://www.ediss-lyon.fr
Sec :
Insa : M. LAGARDE
 Mme Emmanuelle CANET-SOULAS
INSERM U1060, CarMeN lab, Univ. Lyon 1
Bâtiment IMBL
11 avenue Jean Capelle INSA de Lyon
696621 Villeurbanne
Tél : [phone] Fax :[phone]
[e-mail]
INFOMATHS
INFORMATIQUE ET
MATHEMATIQUES
http://infomaths.univ-lyon1.fr
Sec :Renée EL MELHEM
Bat Blaise Pascal
3e etage
[e-mail]
Mme Sylvie CALABRETTO
LIRIS – INSA de Lyon
Bat Blaise Pascal
7 avenue Jean Capelle
69622 VILLEURBANNE Cedex
Tél : [phone] Fax [phone]
Sylvie.calabr[email protected]r
Matériaux
MATERIAUX DE LYON
http://ed34.universite-lyon.fr
Secrétariat : M. LABOUNE
PM : 71.70 –Fax : 87.12
Bat. Saint Exupéry
[e-mail]
M. Jean-Yves BUFFIERE
INSA de Lyon
MATEIS
Bâtiment Saint Exupéry
7 avenue Jean Capelle
69621 VILLEURBANNE Cedex
Tél : [phone] Fax [phone]
[e-mail]
MEGA
MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE
CIVIL, ACOUSTIQUE
http://mega.universite-lyon.fr
Secrétariat : M. LABOUNE
PM : 71.70 –Fax : 87.12
Bat. Saint Exupéry
[e-mail]
M. Philippe BOISSE
INSA de Lyon
Laboratoire LAMCOS
Bâtiment Jacquard
25 bis avenue Jean Capelle
69621 VILLEURBANNE Cedex
Tél :[phone] Fax : [phone]
Philippe.boiss[email protected]
ScSo
ScSo*
http://recherche.univ-lyon2.fr/scso/
Sec : Viviane POLSINELLI
Brigitte DUBOIS
Insa : J.Y. TOUSSAINT
M. OBADIA Lionel
Université Lyon 2
86 rue Pasteur
69365 LYON Cedex 07
Tél : [phone] Fax : [phone]
[e-mail]
*ScSo : Histoire, Géographie, Aménagement, Urbanisme, Archéologie, Science politique, Sociologie, Anthropologie
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À mes chers parents,
À ma femme Mai et ma fille Camille
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RÉSUMÉ
Dans le cadre de la mise à niveau sismique des bâtiments existants, la technique de renforcement
par placage et enrobage de polymères renforcés de fibres (FRP) offre une réponse pertinente.
L’objectif de cette thèse est de proposer une modélisation fiable pour la détermination de la
réponse quasi-statique et dynamique d’une grande variété d’éléments de structure et d’identifier
les apports possibles d’une telle modélisation à la conception. Les stratégies de modélisation
s’appuient sur l’utilisation d’éléments finis massifs ou basés sur une cinématique simplifiée
(coques multicouches et poutres multifibres), associés à des modèles locaux d’endommagement et
de plasticité pour les matériaux en présence (béton, armatures et FRP). L’hypothèse d’adhérence
parfaite, d’une part, entre les armatures et le béton, et d’autre part, entre les bandes de FRP et le
béton, permet de calculer efficacement les cas des poteaux courants, des poteaux courts, des
voiles longs et courts, dans les régimes quasi-statique (pushover) et dynamique. Le renforcement
par placage et enrobage FRP pour des structures en béton armé, est reproduit au sein de la
modélisation par un apport de matière (éléments de type barre avec les caractéristiques propres
des FRP) et des modifications des paramètres de la loi de comportement du béton, justifiées par
l’expérimentation et la littérature. La pertinence de l’approche est finalement démontrée en
confrontant la réponse temporelle de structures à l’échelle 1, de type ossature ou de type
contreventé par des voiles, aux résultats expérimentaux issus de benchmarks internationaux.
Mots-Clés : simulation des structures en béton armé sous séismes ; renforcement par FRP ; mur
sous cisaillement ; poteau courant ; poteau court ; structure complète irrégulière de type ossature
ou contreventée par des voiles.
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ABSTRACT
In the context of the building’s protection against seismic risk, the strengthening technique by
FRP (Fiber Reinforced Polymers) plating and wrapping provides a relevant solution. The
objective of this thesis is to propose a reliable modeling for determining the quasi-static and
dynamic responses of a wide variety of structural elements and to draw advantage in design. The
modeling strategies make use of 3D elements or finite elements based on simplified kinematics
(multilayer shells or multifiber beams), associated with local damage and plasticity laws for the
constitutive materials (concrete, rebar and FRP). The perfect bond assumption between steel-
concrete and FRP-concrete allows efficiently calculating the quasi-static and dynamic behaviors
of short and slender columns, as well as short and slender walls. The mechanical contribution of
FRP plating and wrapping is reproduced in the modeling by adding material (bar type elements
with FRP characteristics) and by changing the parameters of the concrete model on the basis of
the experience and analytical formula issued from the literature. The relevance of the approach is
finally highlighted by comparing the time-history response of real braced frame or wall structures
with the experimental results.
Keywords: Simulation of reinforced concrete structures under earthquake loading; FRP
reinforcement; Shear wall; Columns; Full irregular structure.
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