Analysis of structural robustness : characterization of accidental/exceptional events and of their impacts on infrastructures
Analyse de la robustesse structurale : caractérisation des actions accidentelles et/ou exceptionnelles et de leurs effets sur les structures
Résumé
Several examples of structures have been severely damaged, or even reached the total collapse, after the propagation of some local failure, resulting from an accidental or exceptional event. These catastrophic events highlight the importance of the structural design not to be limited to safety under normal conditions, but also to preserve structural integrity under an exceptional event not identified at the design stage. Modern design codes recommend ensuring an appropriate level of robustness to prevent from disproportionate collapse under an exceptional event. One of the major difficulties is to quantify the concept of structural robustness when checking the structural safety under exceptional situations. In this respect, the Eurocodes define the structural robustness as “the ability of a structure to withstand events like fire, explosions, impact or the consequences of human error, without being damaged to an extent disproportionate to the original cause”. To meet such requirements, robustness indicators are essential to assess the capacity of the structure to withstand events, estimate the safety against disproportionate collapse, and finally be used as a decision support for design choices. Several robustness metrics have been recently proposed in the literature. However, despite developments in this field, these methods are still not fully used in engineering practice to effectively assess structural robustness. The main objective of this PhD is to propose an approach to quantify the structural robustness. Progressive collapse is modelled based on an iterative coupling between the yield design approach and a non-linear analysis. Some indices are introduced to measure the structural robustness and be used as a decision support tool. Case studies are considered to illustrate the proposed concepts (study of a large number of scenarios, identification of the most critical ones, and evaluation of the structural capacity to prevent failure propagation)
Plusieurs exemples de structures ont subit des endommagements conséquents, avec dans certains cas un effondrement, à la suite d’une propagation de la défaillance résultant d’une action accidentelle ou exceptionnelle. Ces évènements catastrophiques soulignent l’importance d’un dimensionnement n’étant pas limité à la seule vérification de la sécurité dans des conditions accidentelles, mais préserve une capacité résiduelle suffisante pour ne pas engendrer d’effondrement progressif sous l’action d’évènements exceptionnels n’ayant pas été identifiés à l’étape de dimensionnement. Les codes de conception actuels recommandent d’avoir un niveau de robustesse approprié pour éviter un effondrement disproportionné en cas d’évènement exceptionnel. Une difficulté majeure est de quantifier la robustesse d’une structure sous de telles situations exceptionnelles. Dans le domaine de l’ingénierie structurale, le cadre réglementaire des Eurocodes définit la robustesse structurale comme « l’aptitude d'une structure à résister à des événements tels que les incendies, les explosions, les chocs ou les conséquences d'une erreur humaine, sans présenter de dégâts disproportionnés par rapport à la cause d'origine ». Pour prendre en compte cette exigence, la détermination d’indicateurs est essentielle pour évaluer la capacité d’une structure à faire face à ces évènements, à estimer la capacité à éviter un effondrement disproportionné et également à être un outil d’aide à la décision. Plusieurs métriques ont été récemment proposées dans la littérature. Cependant, les méthodes en question ne sont pas encore pleinement intégrées dans les pratiques d’ingénierie. L’objectif principal de cette thèse est de proposer une approche pour quantifier la robustesse structurale. L’effondrement progressif est pris en compte via un couplage itératif entre un caclul à la rupture et un calcul non linéaire aux éléments finis. Des indices sont introduits pour mesurer un niveau de robustesse et être utilisés comme outil d’aide à la décision. Des cas d’étude sont considérés pour illustrer les concepts proposés (étude de plusieurs scénarios de défaillance, identification des scénarios les plus critiques et évaluation de la capacité structurale à éviter une propagation de la défaillance)
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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