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thesis franssen v2010

UNIVERSITE DE LIEGE FACULTE DES SCIENCES APPLIQUES CONTRIBUTIONS A LA MODELISATION DES INCENDIES ET DE LEURS EFFETS SUR LES BATIMENTS par Jean-Marc FRANSSEN Chercheur Quali ?é du F N R S Thèses annexes Thèse présentée en vue de l'obtention du grade d'Agrégé de l'Enseignement Supérieur Année académique - CTABLE DES MATIERES TABLE DES MATIERES REMERCIEMENTS RESUME SUMMARY INTRODUCTION PREMIERE PARTIE MODELISATION NUMERIQUE DE STRUCTURES SOUMISES AU FEU PRINCIPE DES TRAVAUX VIRTUELS Equilibre statique d'un corps D subissant des petits déplacements Equilibre statique d'une section plane soumise à de la torsion Equilibre statique d'un corps D subissant des grands déplacements PROPRIETES THERMO -MECANIQUES DES MATERIAUX Introduction Propriétés thermiques Capacité à emmagasiner la chaleur Conductivité thermique de l ? acier et du béton Di ?usivité thermique E ?usivité thermique Propriétés de surface Propriétés mécaniques Modèles uniaxiaux Déformation thermique Traitement du uage Déformation mécanique de l'acier Déformation mécanique du béton C Cycle charge-décharge Utilisation des lois constitutives Modèles multiaxiaux Surface de plasticité Ecrouissage Intégration Conclusions CALCUL DES TEMPERATURES DANS LA STRUCTURE Introduction Di ?érences ?nies Eléments ?nis Modélisation des échanges conductifs Modélisation des échanges dans les cavités internes Couplages entre phénomènes thermiques et statiques Conclusions ELEMENT BARRE DE TREILLIS Formulation de l'élément pour des problèmes structurels Validation Conditions d'utilisation de l'élément ELEMENT POUTRE Formulation Champ de déplacement et champ de déformation Discrétisation Intégration Intégrale des composantes longitudinales sur la section droite Intégrale sur la longueur Intégration des composantes tangentielles Exemples d'application et de validation Comportement dans le plan à température ambiante Flexion de poutres en caisson en béton précontraint C Flambement dans le domaine plastique Comportement dans le plan à température élevée Etude d'éléments simples Etude d'un portique simple Etude d'un cadre à étages multiples Comportement D à température ambiante Déversement élastique d'une poutre simplement appuyée Déversement élastoplastique d'une poutre continue Comportement D à température élevée Flambement d'une colonne hors de son plan de chargement - ère comparaison Flambement d'une colonne hors de son plan de chargement - ème comparaison Sous-structure de Cardington Conclusions ELEMENT COQUE Introduction Choix et formulation Exemples d'application Cas élastique en grands déplacements à C Dalle en béton à C Dalle en béton soumise au feu Comportement en exion membranaire Conclusion ELEMENT SOLIDE Introduction Elements solides D Elements solides D Conclusion CARACTERISTIQUES DU PROGRAMME DE CALCUL CDEUXIEME PARTIE MODELISATION ANALYTIQUE DE STRUCTURES SOUMISES AU FEU CALCUL DES COLONNES EN ACIER Introduction Flambement pur Etude numérique Conclusions de l'étude numérique Proposition d'une courbe de ambement Comparaison avec des essais Colonnes sous charge excentrée Colonnes dans un environnement comportant zones de température Conclusions CALCUL DES COLONNES EN BETON ARME Introduction Campagne expérimentale belge Paramètres signi ?catifs Méthode de calcul de type I Méthode de calcul de type II Conclusions CALCUL DES PORTIQUES SIMPLES EN ACIER Introduction Calculs simples suivant l'Eurocode Propositions pour les applications pratiques Conclusions CTROISIEME PARTIE MODELISATION DE LOCAUX SOUMIS A L'INCENDIE EVALUATION DU RISQUE INCENDIE Méthode de calcul suisse Exposé de la méthode Exemple d'application Conclusions Prise en compte d'un incendie réel Conclusion DEVELOPPEMENT DES TEMPERATURES EN CAS