5- Seminaire GRAITEC - SOCOTEC - Modelisation Et Resultats Globaux V2

Modélisation et exploitation des résultats Gurvan SAYER

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Modélisation - Généralités L’emploi d’un logiciel éléments finis nécessite des connaissances spécifiques aussi bien sur les règlements que sur le logiciel utilisé : 

Particularités propres aux logiciels,



Type de résultats disponibles,



Quel type de modélisation pour le résultat recherché,



Justifications particulières demandées par les règlements,



Signature de la CQC,



…

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Modélisation - Généralités Dans le cas spécifique des calculs parasismiques, et plus particulièrement lors d’un contreventement par voile, plusieurs points particuliers peuvent se poser : 

Utilisation d’un torseur à la base du voile et/ou l’emploi des cartographies de ferraillage,



Type de modélisation pour les planchers,



Examen de l’incidence de l’absence d’excitation des masses verticales,



Découpage à prévoir pour les panneaux des voiles,



Détection des éléments secondaires.



Analyse du soulèvement.

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Torseurs sismiques et maillage

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Modélisation – Définition d’un torseur sismique La particularité du torseur sismique résulte de l’application de la CQC. 

Pour chaque mode, calcul du torseur au CDG du voile,



Application de la CQC sur les torseurs modaux,



Application des combinaisons de Newmark,



Réalisation des combinaisons ELU sismiques

Une fois la CQC réalisée, il ne peut plus y avoir d’autre opération de menée (addition de 2 torseurs issus de panneaux juxtaposés par exemple), il faut donc tenir compte de cette difficulté dans la modélisation des éléments.

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Calcul des torseurs sous Advance Design Advance Design offre la possibilité d’exploiter automatiquement les torseurs en tête et en pied de voile. Les efforts résultants internes sont déterminés en plaçant automatiquement une coupe de résultat au milieu de la 1ère maille, en partie inférieure et supérieure du voile concerné. Le calcul se fait à partir des résultats dans les mailles interceptées => il est donc important de connaitre l’influence de la densité de maillage en fonction des résultats exploités et des éléments finis utilisés.

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Calcul des torseurs sous Advance Design En fonction de la taille de maille, la différence entre la valeur de référence et le résultat d’Advance Design peut être de plus de 25%. Considérons l’exemple ci-dessous:

En utilisant un élément finis de type Q4, on a les résultats suivants, fonction de la taille de maille adoptée:

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Calcul des torseurs sous Advance Design Une nouvelle option, apparue dans la version 2015 d’Advance Design, permet d’utiliser des éléments quadrangles Q9 avec des résultats moins sensibles à la densité de maillage:

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Calcul des torseurs sous Advance Design Il convient d’être vigilant quant à l’utilisation des éléments Q9:  Les temps de calculs sont plus importants.  L’exploitation des résultats sur les appuis est moins aisée.

éléments Q9

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éléments Q4

Découpage des panneaux

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Modélisation – Découpage des panneaux Le découpage des panneaux est un point essentiel d’une modélisation sismique d’un bâtiment.

L’EC8, ou toutes autres règles parasismiques, imposent la détermination du ferraillage sur la base de torseur à la base des voiles. Comme expliqué précédemment, du fait de la CQC, le découpage doit permettre une lecture directe sans manipulation des torseurs. Pour cela, nous illustrons ci-après différents exemples : 

Cas du poteau noyé en about de voile,



Etude d’une façade composée de trumeaux, linteaux et allèges.

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Modélisation – Découpage des panneaux – Poteau noyé La modélisation est un outil de calcul qu’il faut correctement appréhender en vue des résultats recherchés, il n’est donc pas toujours judicieux de modéliser dans l’optique de représenter au mieux le coffrage ! Le cas du poteau noyé en about de voile en est le parfait exemple :

L’obtention d’un torseur commun « voile + poteaux » est très délicat à réaliser. Cette manipulation doit se faire mode par mode pour une reconstitution de la CQC à la main !

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Modélisation – Découpage des panneaux – Poteau noyé Dans notre exemple, les efforts pour chaque élément sont les suivants : Poteau de gauche G EX EY EZ

N (t) 20 39 20 8

M (t.m) 0 0 0 0

Voile V (t) 0 0 0 0

G EX EY EZ

N (t) 88 59 81 21

Poteau de droite M (t.m) 11 212 216 10

V (t) 5 82 80 6

G EX EY EZ

N (t) 27 38 62 9

M (t.m) 0 0 0 0

V (t) 0 0 0 0

En reconstituant le torseur au CDG sur la base de somme de CQC, on obtient le torseur final : Voile + 2 poteaux G EX EY EZ

N (t) 135 136 163 38

M (t.m) 28 209 318 13

V (t) 5 82 80 6

Le calcul du voile dans le module contreventement de Arche donnerait :  Chaînages : 10 HA20  Armatures d’âmes : 16 HA10

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Modélisation – Découpage des panneaux – Poteau noyé La modélisation du voile sans les poteaux permet une exploitation directe et correcte du torseur : Voile G EX EY EZ

N (t) 124 86 128 30

M (t.m) 2 309 321 15

V (t) 5 82 81 6

Le calcul du voile dans le module contreventement de Arche donnerait :  Chaînages : 8 HA20 (soit 20% de moins)  Armatures d’âme : 18 HA16 (soit 289% de plus)

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Modélisation – Découpage des panneaux - Façade La modélisation d’une façade ou tout autre ouverture est un sujet plus délicat que l’on peut l’imaginer. L’utilisation de panneaux couplés à des ouvertures ne permet pas de disposer directement des résultats nécessaires à la justification sismique.

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Modélisation – Découpage des panneaux - Façade Ce type de modélisation ne permettra pas l’exploitation des torseurs sismiques, pourtant la cartographie de ferraillage nous renseigne sur les zones le plus ferraillées :

Les torseurs ne sont pas disponibles dans les zones les plus ferraillées !

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Modélisation – Découpage des panneaux - Façade Il faut donc envisager un découpage de panneaux dans l’optique d’obtenir les torseurs dans les zones utiles :

Plancher

Le problème de la reprise de bétonnage reste à traiter par une éventuelle coupe utilisateur.

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Modélisation – Découpage des panneaux - Façade Option « Modifier/CAO/créer linteaux » permet de automatiquement un voile avec ouverture en plusieurs indépendants :

découper panneaux

Les torseurs ne seront pas disponibles aux coupes stratégiques dans ce cas.

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Modélisation – Découpage des panneaux - Façade Afin d’éviter tout découpage, on peut également envisager de travailler avec la notion de coupe utilisateur (à créer en mode saisie) :

Dans un calcul sismique, la coupe doit impérativement être exploitée à l’aide des tableaux en lieu et place de la fenêtre graphique habituelle.

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Cartographies

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Modélisation – Utilisation des cartographies de ferraillage L’utilisation des cartographies de ferraillage pour le ferraillage des voiles peut paraitre intéressant et surtout plus économique pour les études. Néanmoins, les différents points suivants justifient que l’unique emploi de ce type de résultats peut conduire à d’importantes erreurs sur les plans : 

L’EC8 impose de placer le ferraillage de flexion uniquement dans les abouts des voiles ce qui n’est pas le cas avec une cartographie de ferraillage :

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Modélisation – Utilisation des cartographies de ferraillage 

Les armatures horizontales ne correspondent pas au schéma règlementaire de reprise de l’effort tranchant (le treillis n’est pas correctement représenté).  L’amplification de (1+q)/2 n’est pas prise en compte ainsi que notion de reprise de bétonnage.  Par exemple la cartographie du voiles ci-dessous donne du ferraillage horizontal tandis que le tranchant est inférieur à Vrdc (soit une contrainte d’environ 1,2 MPa).

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Modélisation – Utilisation des cartographies de ferraillage Les cartographies ont malgré tout une utilité en complément du torseur :

Le torseur ne permet pas détecter intermédiaire le long d’un voile Graitec confidential / Do not disclose

le ferraillage

vertical

Modélisation – Utilisation des cartographies de ferraillage

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Masses verticales

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Modélisation – Prise en compte des masses verticales L’EC8 n’impose plus le calcul du séisme vertical, néanmoins les masses dans cette même direction doivent être prises en compte dans l’analyse modale. La désactivation des masses verticales peut avoir un intérêt sur le nombre de modes calculés mais peut également sous estimer les efforts dans les éléments périphériques d’une structure, sous les séismes horizontaux. Il est donc préférable de conserver l’excitation verticale dans l’analyse modale.

Toute désactivation de cette direction dans l’analyse modale doit être justifiée par une comparaison des efforts sismiques, par direction, dans les fondations et les porteurs.

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Modélisation – Prise en compte des masses verticales Exemple :

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Modélisation – Prise en compte des masses verticales

Dans cet exemple, certains efforts sur pieux sont sous estimés de plus de 10%.

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Modélisation des planchers

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Modélisation – Modélisation des planchers La modélisation des planchers est réalisée en éléments de type coques. Néanmoins, certaines options peuvent se proposer pour réduire le temps de calcul. Ces dernières ont pour principal objectif la réduction des modes locaux verticaux. 

Répartition des charges sur les appuis des planchers,



Utilisation des parois dans Advance Design,



…

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Modélisation – Modélisation des planchers D’autres problématiques peuvent se poser avec la présence d’ouvertures de tous types : 

Isolation linéaire sur la périphérie des voiles,  Trémies de grandes dimensions et/ou perturbant la diffusion du diaphragme.

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Modélisation – Modélisation des planchers Le cisaillement au droit de la jonction dalle / voile doit également être vérifié vEd < vRd,c = 1.2 Mpa environ :

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Recherche des éléments secondaires

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Modélisation – Recherche des éléments secondaires L’EC8 introduit une nouvelle problématique pour les concepteurs par son article 5.4.1.2.5 (1)P (utilisation de poutres de reprise sous les voiles primaires). Il est donc intéressant, avant toutes conclusions sur la conception d’un ouvrage, de rechercher les éléments secondaires pouvant être exonérés de cette prescription. Pour rappel, L’EC8 impose que la totalité des éléments secondaires d’un niveau ne reprennent pas plus de 15% de l’effort de ce niveau.

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Modélisation – Recherche des éléments secondaires Une simple comparaison sur les tranchants sismiques n’est pas correcte puisque cette étude serait basée sur des CQC individuelles, le pourcentage examiné ne représenterait donc pas la raideur réelle des éléments. Il est donc préférable de revenir à un cas statique simple, comme l’activation d’un poids propre à l’horizontal, pour comparer les efforts tranchants. La procédure consiste à sélectionner les voiles : 

En partant du plus petit effort tranchant VEd,



Jusqu’à obtenir une somme égale à 15% du tranchant global de l’étage.

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Modélisation – Recherche des éléments secondaires

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Modélisation – Recherche des éléments secondaires L’objectif est donc de rechercher les éléments secondaires afin de vérifier si les voiles de façades doivent respectent la clause particulière de l’EC8 :

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Modélisation – Recherche des éléments secondaires

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Modélisation – Recherche des éléments secondaires Direction X 

VEd total = 4344 t  VEd 2nd = 651 t

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Cas de charges 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Txy bas(T) -4 -13.15 13.31 15.52 -16.08 17.11 -18.92 21.29 21.79 23.85 24.76 -181.97 -270.03 -349.13 -410.14 770.42 994.95 -1118.1

ABS(Txy bas(T)) 4 13.15 13.31 15.52 16.08 17.11 18.92 21.29 21.79 23.85 24.76 181.97 270.03 349.13 410.14 770.42 994.95 1118.1

Modélisation – Recherche des éléments secondaires Direction Y