Numerical model for the assessment of the seismic vulnerability of traditional masonry structures with seismic bands - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Numerical model for the assessment of the seismic vulnerability of traditional masonry structures with seismic bands

Modèle numérique pour la détermination de la vulnérabilité aux séismes des constructions en maçonnerie traditionnelles avec des bandes sismiques

Résumé

Masonry structures are particularly vulnerable to seismic hazards. Nevertheless, architectural strategies have been developed by local populations in different areas to improve their seismic resistance. One of these methods is the use of horizontal bands. These bands can be made of different materials such as wood, reinforced concrete or bricks. The contributions of these bands are well known:- They improve the connection between perpendicular walls and the box behavior of the structure.- They reduce the effective height of the walls. This reduces out-of-plane deformations and the risk of wall collapse.- They divide masonry walls into independent masonry portions. This prevents cracks from propagating along a wall by blocking them with the bands. This has a double benefit: safe sections are separated from damaged sections and energy is dissipated at the masonry/band interface when it is damaged.In several Himalayan countries, the use of horizontal bands is prescribed in the building codes for masonry. However, the prescribed number of bands and their location in the walls vary from one code to another. In addition, the codes do not take into account seismic hazards, except that they consider the use of bands inadequate for the most vulnerable areas. In order to optimize the use of horizontal bands and make the designs consistent with the degree of seismic hazard, a finite element numerical model is proposed in this thesis. This model was created to study horizontal bands, but it can also model other types of masonry structures. It consists of a meso-element that reproduces the in-plane cyclic behavior and the out-of-plane deformation of the masonry. The horizontal bands are modeled with an interface element to reproduce sliding. Other structural elements (frames at the openings, lintels, vertical reinforcements) are modeled by elastic beams. The properties of all elements are defined with the properties of the materials, which can be measured without expensive experimental tests.The study presented in this paper is the first step for the optimization of masonry structures with bands with the proposal of a reliable numerical model that allows the prediction of the dynamic analysis of these structures. With this model, it will be possible to study different structures in a short time without the help of expensive experimental tests.
Les constructions en maçonnerie sont particulièrement vulnérables à l’aléa sismique. Cependant, des techniques de constructions ont été mises en place dans de nombreuses régions afin de renforcer les constructions vis-à-vis de cet aléa. L’une de ces techniques consiste à mettre des bandes, qui peuvent être faites en différents matériaux, au sein de la maçonnerie. Les apports de ces bandes sont bien connus :- Elles permettent d’améliorer la liaison entre les murs et, ainsi, améliore le comportement boîte de la structure.- Elles diminuent la hauteur effective des murs. Ainsi, les déformations hors-plan, et donc les chances d’effondrement des murs, sont réduites.- Elles divisent le mur en portions de maçonnerie indépendantes les unes des autres. Ainsi, une fissure ne peut pas se propager à travers le mur car elle se retrouve bloquée par les bandes. Ceci a un double avantage : les parties saines sont séparées des parties fissurées et de l’énergie est dissipée par frottement lorsque la fissure rompt l’interface entre la bande et la maçonnerie.Dans de nombreux pays de l’Himalaya, ce procédé constructif est proposé dans les codes de constructions pour les constructions en maçonnerie. Néanmoins, d’un pays à l’autre, le nombre de bandes à utiliser n’est pas le même et/ou leur emplacement ne sont pas les mêmes. De plus, les designs proposés ne tiennent pas compte de l’aléas sismique si ce n’est qu’ils considèrent le procédé insuffisant pour les zones les plus à risque. Afin d’optimiser l’utilisation des bandes et d’avoir une meilleure prise en compte de l’aléas sismique dans le design des constructions en maçonnerie avec des bandes horizontales, un modèle numérique pour logiciels éléments finis est proposé dans cette thèse. Ce modèle est spécialement créé pour l’étude de ces constructions mais peut aussi être utilisé pour d’autres types de structures en maçonnerie. Il consiste en un méso-élément qui modélise la maçonnerie à l’échelle d’une portion entre deux bandes ou à l’échelle du mur si celui-ci n’a pas de bande ou d’ouverture. Cet élément reproduit le comportement sous chargement cyclique dans le plan et la déformation hors-plan de la maçonnerie. Les bandes horizontales sont, quant à elles, modélisées par des éléments d’interface et les éléments structurels additionnels sont simplement modélisés par des poutres avec un comportement élastique. Les propriétés de ces éléments sont définies à partir des propriétés des matériaux et ne nécessitent pas d’essai expérimental coûteux. De plus, le modèle permet de prédire avec une bonne précision le comportement sismique ces constructions.L’étude présentée dans ce manuscrit est une première étape pour l’étude du comportement sismique des constructions en maçonnerie avec bandes en proposant un modèle numérique pouvant prédire le comportement dynamique d’une structure sous le recourt à des essais sur table vibrante. Grâce à lui, une étude comparative de différentes typologies de construction avec prise en compte de l’aléas sismique est possible à moindre coût et avec des temps de calculs relativement courts.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03847763 , version 1 (10-11-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03847763 , version 1

Citer

Damien Decret. Numerical model for the assessment of the seismic vulnerability of traditional masonry structures with seismic bands. Mechanics of materials [physics.class-ph]. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2021. English. ⟨NNT : 2021GRALI081⟩. ⟨tel-03847763⟩

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