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Ncessit de:Modliser le comportement mcanique des structures et des matriaux Modliser ces comportements en sollicitations statiques et dynamiquesUtilisation de modles numriquesUtilisation de maquettes chelle rduite en laboratoireSollicitations par vrins, tables vibrantesAnalyse des
E N D
1. Etude faisable en cours de SVT
Le zonage sismique franais permet de saffranchir de ltude complte en SSI Etude de site (topographique et lithologique) : Modle du terrain
2. Ncessit de:
Modliser le comportement mcanique des structures et des matriaux
Modliser ces comportements en sollicitations statiques et dynamiques
Utilisation de modles numriques
Utilisation de maquettes chelle rduite en laboratoire
Sollicitations par vrins, tables vibrantes
Analyse des carts entre le cahier des charges, la simulation et les exprimentations sur maquette Principe des tudes au sisme
3. Exemple de prototype chelle 1
4. Cahier des charges fournir aux lves:
Localisation de louvrage, type de construction
Gologie du sol en prsence (rigidit)
Spectre attendu des sollicitations sismiques (acclrations)
Gamme de frquence propre viter pour la structure(Eurocode 8)
Limite damplitude des dplacements horizontaux
Limites de contraintes dans les matriaux (non plastification)
Modle de la structure (gomtries, liaisons et matriaux)
Simulation du comportement et valuation de lcart entre simulation et cahier des charges Dfinition du cahier des charges
5. Classement du sol support
6. En fonction de :
la localisation
La gologie
Dfinition du spectre dacclrations horizontales Cahier des charges: sollicitations
7. Quatre catgories dimportance pour les btiments
Contraintes sur la frquence propre du btiment, sur sa constitution Performances attendues: Cahier des charges rglementaire
8. Multiples exprimentations sur maquettes proposes par le Site dinformation sur les risques majeurs en Rhne-Alpes Ressources pour les activits exprimentales
9. Comportement statique de maquettes de structures
Comportement dynamique
Observer, analyser, modliser, exprimenter, simuler, comparer
Principe des exprimentations
10. Exemple dactivit exprimentale
11. Extrait de lEurocode 8 (page 166, cas des structures amorties)
Justification des modles utiliss
12. Ralisation des maquettes
13. Modlisation :
problme plan structure symtrique (masses et raideurs).
masses concentres dans les planchers indformables dans leur plan.
Porteurs verticaux modliss par des ressorts de rappels (raideur) Modlisation mcanique du problme
14. Ressources CERPET
Multiple exprimentations sur le comportement au sisme des constructions
Essais sur table vibrante asservie
Analyse de leffet des gomtries, des matriaux, des liaisons et de la rpartition des masses.
Notice danalyse fournie :
plan des maquettes
Analyse des comportements statiques et dynamiques
Vido de lexprimentation
Objectifs:
Instrumentation des maquettes
Comparaison avec une simulation numrique
Analyse des carts simulation rel :
Modes propres, rsonance
Amplitude de dplacement, efforts induits
15. Simulation statique
Calcul de raideur de la structure
Scurit la ruine par plastification (contraintes) Activits de simulation possibles
16. Analyse de structures existantes ou non
Analyse des rigidits et des rpartitions de masse, tude statique RDM
Modlisation et exprimentation, analyse dcart entre simulation et exprience
Intrts et limites de la modlisation plane
Etude des modles et des limites
17. Larges possibilits dtude des structures
18. Programme:
Pr-requis:
Modlisation des actions et des liaisons, torseurs.
Justification du choix des tudes aux sismes
19. ORGANISATION TEMPORELLE DE LA SQUENCE
20. Organisation pdagogique sur 8 sances de 2h
21. Sance 1: Etude de cas N 1
22. Type : TP inductif sur 6 lots
Dure: 2h
Ressources: Fiche de guidance par lot, ordinateur et maquette.
Objectifs: Mettre en vidence les paramtres influents sur le comportement des structures: dformations, contraintes (gomtries, matriaux, liaisons)
Organisation: Etude de cas 1 - Dcouverte de phnomnes (dformation, rupture, rsonance)
23. Questionnaire commun:
Manipuler ou visionner les films suivant la fiche fournie
Expliquer ce quon observe
Schmatiser les gomtries et les actions mcaniques en prsence
Noter les valeurs des dplacements connus
Identifier les paramtres qui influent sur les valeurs mesures
Prparer un compte rendu
Synthse collective:
Les structures se dforment suivant leur gomtrie, matriaux et liaisons. Notion de raideur.
La dformation est rversible ou non, suivie de rupture totale ou partielle
Des actions variables peuvent gnrer des oscillations, dformations et ruptures
La frquence doscillation peut conduire de fortes amplifications des dformations. Sance 1 : Etude de cas 1 - Dcouverte des phnomnes (dformation, rupture, rsonance)
24. Objectif: modliser et exprimenter le comportement en traction et compression
Problmatique: comment prvoir la dformation et la rsistance dun hauban ou dune pile de pont ?
Exprience collective:
Essai de traction sur une prouvette
Cours : Notions de dformation, contraintes, principe de coupure, loi de Hooke
Rinvestissement:
TD : Etude de dformation dun poteau comprim. Comparaison aux rsultats simuls fournis
Synthse:
Les dformations dpendent des matriaux
Modles de comportement traduisant les phnomnes
Ecarts modle / ralit, limites des modles Sance 2 : Cours classe entire: Comportement statique
25. Objectif: modliser et exprimenter le comportement en flexion simple, traction et compression
Problmatique:
comment prvoir la dformation dun tablier de pont sous laction de la gravit?
Projection du film dune exprience:
Essai de flexion sur poutre isostatique instrumente
Cours fourni sur un document support :
flexion, rpartition des contraintes, dformes
Le TD de simulation est destin faire comprendre le document support de cours fourni.
Logiciels simples, on donne les modles
Dformation dun balcon encastr, poutres continues flchies
Synthse:
limites des modles (matriaux, gomtries )
Sance 3 : Etude de cas 2: TD Simulation statique
26. Essai de flexion sur poutre encastre
Identifier la raideur
Evaluation de la frquence propre
Oscillation libre
Mesurer la priode propre
Oscillations forces
Dterminer la frquence de rsonnance
Comparer, analyser Sance 4: Etude de cas 3 TP dynamique des structures
27. Cours sur le PFD
Exercice dapplication
Poteau sur table vibrante
Rinvestissement: calculs + simulation
TD 1 : Cas du PFS, quilibre du solide.
TD 2 : Structure complexe sur table vibrante.
Sance 5 : Cours Principe fondamental de la dynamique + TD
28. Exprience ralise ou filme :
Oscillation dune structure, mesure des frquences de rsonance et des dplacements.
Activits 1re partie:
Modliser la structure
Dterminer la raideur
Dterminer les frquences propres
Calculer les dformations prvisibles et les contraintes gnres
Activits 2me partie: amortissement
Influence dappuis amortisseur noprne
Analyse des paramtres influents sur lamortissement.
Analyse des carts entre lexprience et la simulation Sance 6 : Etude de cas 4 - TD simulation
29. Partie 1 : structure non amortie
Modliser la liaison sol structure
Estimer les frquences de rsonance par logiciel de calcul
Dterminer les efforts et dformations dans la structure
Comparer au cahier des charges rglementaire
Conclure sur le dimensionnement de la structure
Partie 2: structure avec amortisseur
Modliser leffet dun amortisseur masse
Dterminer les caractristiques de lamortisseur pour modifier les oscillations (amplitude, frquence)
Sance 7 : Etude de cas 5 - TD comportement sismique dun btiment
30. Tour Taipei 101, 508 m (Taiwan 1999), 101 tages
Amortisseur masse en acier sphrique, de 800 tonnes, situ au niveau 88 visible du restaurant Exemple de cas rel, amortisseur masse
31. Etude du comportement mcanique du Pont de la ravine fontaine (Runion)
Fourniture dun cahier des charges simplifi des performances attendues
Modliser la structure et les actions mcaniques
Analyser des rsultats fournis issus de simulation et de mesures in situ
Conclure sur les modles de comportement(gomtrie, matriaux)
Sance 8 : valuation finale
32. Sites internet de rfrence :
CERPET
Plan sisme www.planseisme.fr
Edusismo www.edusismo.org
Rseau national de surveillance sismique
renass.u-strasbg.fr
Association franaise de gnie parasismique
www.afps-seisme.org
Base de donne de sismes en mtropole
www.sisfrance.net
Dossier pdagogique dans la revue Technologiede septembre 2011 :
Comment ragit un ouvrage face au sisme ? Pour aller plus loin sur le parasismique