Degradation theories of concrete and development of a new deviatoric damage model in incremental tangent formulation. Limit analysis applied to case of anchor bolts embedded in concrete
Théorie de dégradation du béton et développement d'un nouveau modèle d'endommagement en formulation incrémentale tangente. Calcul à la rupture et application au cas des chevilles de fixation ancrées dans le béton
Résumé
This research is achieved in the general frame work of the study of the concrete behaviour. It has for objective the development of a new behaviour model satisfying to the particular requirements for an industrial exploitation. After the analysis of different existent models, a first development has concerned models based on the smeared crack theory. A new formulation of the theory permitted to overcome the stress locking problem. However, the analysis showed the persistence of some limits inert to this approach in spite of this improvement.
Then, an analysis of the physical mechanisms of the concrete degradation has been achieved and permitted to develop the new damage model MODEV. The general formulation of this model is based on the theory of the thermodynamics and applied to the case of the heterogeneous and brittle materials.
The MODEV model considers two damage mechanisms: extension and sliding. The model considers also that the relative tangent displacement between micro cracks lips is responsible of the strain irreversibility. Thus, the rate of inelastic strain becomes function of the damage and the heterogeneity index of the material. The unilateral effect is taken in account as an elastic hardening or softening process according to re-closing or re-opening of cracks. The model is written within the framework of non standard generalised materials in incremental tangent formulation and implemented in the general finite element code SYMPHONIE. The validation of the model has been achieved on the basis of several tests issued from the literature.
The second part of this research has concerned the development of the CHEVILAB software. This simulation tool based on the limit analysis approach permit the evaluation of the ultimate load capacity of anchors bolts. The kinematics approach of the limit analysis has been adapted to the problem of anchors while considering several specific failure mechanisms. This approach has been validated then by comparison with the experimental and F.E. simulations results.
Then, an analysis of the physical mechanisms of the concrete degradation has been achieved and permitted to develop the new damage model MODEV. The general formulation of this model is based on the theory of the thermodynamics and applied to the case of the heterogeneous and brittle materials.
The MODEV model considers two damage mechanisms: extension and sliding. The model considers also that the relative tangent displacement between micro cracks lips is responsible of the strain irreversibility. Thus, the rate of inelastic strain becomes function of the damage and the heterogeneity index of the material. The unilateral effect is taken in account as an elastic hardening or softening process according to re-closing or re-opening of cracks. The model is written within the framework of non standard generalised materials in incremental tangent formulation and implemented in the general finite element code SYMPHONIE. The validation of the model has been achieved on the basis of several tests issued from the literature.
The second part of this research has concerned the development of the CHEVILAB software. This simulation tool based on the limit analysis approach permit the evaluation of the ultimate load capacity of anchors bolts. The kinematics approach of the limit analysis has been adapted to the problem of anchors while considering several specific failure mechanisms. This approach has been validated then by comparison with the experimental and F.E. simulations results.
Cette recherche sinscrit dans le cadre général de létude du comportement du béton. Elle a pour objectif le développement de nouveau modèle de comportement répondant aux exigences particulières requises pour une exploitation industrielle. Après une analyse des différents modèles proposés, un premier développement a concerné les modèles basés sur la théorie de la fissuration distribuée. Une nouvelle formulation de la théorie a permis de résoudre le problème de blocage de contraintes. Cependant, lanalyse menée a montré des limites inertes à cette théorie malgré lamélioration effectuée.
Ensuite, une analyse des mécanismes physiques de dégradation du béton a été menée et a permis de développer le nouveau modèle dendommagement MODEV. Ce modèle se base sur la théorie de la thermodynamique appliquée au cas des matériaux hétérogènes et fragiles. Le modèle MODEV introduit deux modes dendommagement: extension et glissement. Il considère également que le glissement relatif entre les lèvres des microfissures est responsable de lirréversibilité de déformation. Cette déformation devient fonction de lendommagement et de lindice dhétérogénéité du matériau. Leffet unilatéral est pris en compte selon un processus de durcissement/adoucissement élastique lié à la re-fermeture/re-ouverture des fissures. Le modèle est écrit dans le cadre des matériaux non standard généralisés en formulation incrémentale tangente et implémenté dans le code de calcul général aux éléments finis SYMPHONIE. La validation du modèle a été effectuée sur la base de plusieurs essais issus de la littérature.
La deuxième partie de cette recherche a concerné lélaboration du logiciel CHEVILAB pour lévaluation de la capacité portante des chevilles de fixation. Cet outil est basé sur lapproche cinématique par lextérieur de la théorie du calcul à la rupture. La solution est obtenue en prenant le minimum des majorations du chargement ultime données par cette approche en considérant plusieurs classes de mécanismes de ruine. CHEVILAB a été ensuite validée par comparaison avec des résultats dessais et des simulations par E.F.
Ensuite, une analyse des mécanismes physiques de dégradation du béton a été menée et a permis de développer le nouveau modèle dendommagement MODEV. Ce modèle se base sur la théorie de la thermodynamique appliquée au cas des matériaux hétérogènes et fragiles. Le modèle MODEV introduit deux modes dendommagement: extension et glissement. Il considère également que le glissement relatif entre les lèvres des microfissures est responsable de lirréversibilité de déformation. Cette déformation devient fonction de lendommagement et de lindice dhétérogénéité du matériau. Leffet unilatéral est pris en compte selon un processus de durcissement/adoucissement élastique lié à la re-fermeture/re-ouverture des fissures. Le modèle est écrit dans le cadre des matériaux non standard généralisés en formulation incrémentale tangente et implémenté dans le code de calcul général aux éléments finis SYMPHONIE. La validation du modèle a été effectuée sur la base de plusieurs essais issus de la littérature.
La deuxième partie de cette recherche a concerné lélaboration du logiciel CHEVILAB pour lévaluation de la capacité portante des chevilles de fixation. Cet outil est basé sur lapproche cinématique par lextérieur de la théorie du calcul à la rupture. La solution est obtenue en prenant le minimum des majorations du chargement ultime données par cette approche en considérant plusieurs classes de mécanismes de ruine. CHEVILAB a été ensuite validée par comparaison avec des résultats dessais et des simulations par E.F.