Nonlinear calculation of concrete structures : special case of concrete subjected to fire
Calcul non linéaire des structures en béton : cas particulier du béton soumis au feu
Résumé
The serious fires that have occurred in recent decades on concrete structures or housing such as those in the Channel Tunnel (1996) or Mont Blanc (1999) have brought the issue to the fore of concrete subjected to fire and its consequences. Ordinary concrete is, however, renowned for its good fire resistance. But the appearance and use of high-performance or ultra-high-performance concretes, while solving unprecedented technical problems, simultaneously pose the problem of their greater sensitivity to fire due to their greater compactness. This study is a contribution to the understanding of thermal degradation processes by an experimental and numerical approach. In the experimental approach, high performance concrete specimens-slabs formulated from standardized sand and instrumented with thermocouples were subjected to thermal spalling tests following the standard ISO834 fire temperature curve of the Eurocode 2. Different thermal and event data collected during and after the tests were analyzed. The time to first burst, the temperature of the furnace and that of the concrete to the first burst as well as the debris produced were characterized. Using some of the experimental results as input data, numerical modeling allowed the temperature field in the specimens to be determined satisfactorily during testing. In some cases, the use of the technique of analysis by reverse method has been necessary. By subsequently using the thermomechanical approach and by relying on Mazars's isotropic damage behavior law, it was possible to calculate in particular the damage field in the test specimens-slabs during the various tests. The comparison of the results of the numerical modeling with those of the experiment showed that the modeled damage field is likely to account for the thermal degradations observed during the tests both in terms of extent and depth.
Les incendies graves qui se sont produits ces dernières décennies sur des ouvrages d’art ou d’habitation en béton tels ceux du tunnel sous la Manche (1996) ou du Mont Blanc (1999) ont mis au premier plan de l’actualité la problématique du béton soumis au feu et ses conséquences. Le béton ordinaire est cependant réputé pour sa bonne tenue au feu. Mais l’apparition et l’utilisation de bétons à hautes performances ou à ultra-hautes performances, tout en résolvant des problèmes techniques inédits, posent en même temps le problème de leur plus grande sensibilité au feu du fait de leur plus grande compacité. La présente étude est une contribution à la compréhension des processus de dégradations thermiques par une approche expérimentale et numérique. Dans l’approche expérimentale, des éprouvettes-dalle de béton à hautes performances formulé à base de sable normalisé et instrumentés de thermocouples ont été soumises à des essais d’écaillage thermique en suivant la courbe de température d’incendie standard ISO834 de l’Eurocode 2. Différentes données thermiques et évènementielles récoltées pendant et après les essais ont été analysées. Le temps au premier éclat, la température du four et celle du béton au premier éclat ainsi que les débris produits ont été caractérisés. En utilisant certains des résultats expérimentaux comme données d’entrée, la modélisation numérique a permis de déterminer de façon satisfaisante le champ de température dans les éprouvettes au cours des essais. Dans certains cas, le recours à la technique de l’analyse par méthode inverse a été nécessaire. En utilisant par la suite l’approche thermomécanique et en s’appuyant sur la loi de comportement d’endommagement isotrope de Mazars, il a été possible de calculer en particulier le champ d’endommagement dans les éprouvettes-dalles au cours des différents essais. La confrontation des résultats de la modélisation numérique avec ceux de l’expérience a montré que le champ d’endommagement modélisé est de nature à rendre compte des dégradations thermiques observées au cours des essais aussi bien en termes d’étendue que de profondeur.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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