Modélisation du comportement dynamique de portiques en béton armé consécutif à un fort endommagement structurel initial

Nous présentons dans cette communication des simulations complètes d'effondrement progressif de structures planes de type portiques, obtenues au moyen d'une approche discrète simplifiée. Cette démarche originale repose sur l'utilisation de macro-éléments discrets de poutre équivalents aux éléments finis de poutre de Timoshenko ; le comportement des matériaux est localisé dans des liaisons rhéologiques entre corps rigides. L'atout d'une telle approche est de permettre de décrire complètement l'évolution de la structure depuis son état initial jusqu'à sa ruine sans nécessiter, contrairement aux approches continues comme les éléments finis, l'ajout de degrés de libertés supplémentaires et une redéfinition des connectivités entre éléments

Safety of atmospheric storage tanks during accidental explosions

International audienceThe occurrence of a chain reaction from blast on atmospheric storage tanks in oil and chemical facilities is hard to predict. The current French practice for SEVESO facilities ignores projectiles and assumes a critical peak overpressure value observed from accident data. This method could lead to conservative or dangerous assessments. This study presents various simple mechanical models to facilitate quick effective assessment of risk analysis, the results of which are compared with the current practice. The damage modes are based on experience of the most recent accidents in France. Uncertainty propagation methods are used in order to evaluate the sensitivity and the failure probability of global tank models for a selection of overpressure signatures. The current work makes use of these evaluations to demonstrate the importance of a dynamic analysis to study domino effects in accidents.L'occurrence de réaction en chaîne, dite réaction par effets dominos, sur les réservoirs de stockage atmosphérique suite à une explosion accidentelle dans les installations pétrochimiques est difficile à prévoir. La pratique actuelle française pour les installations SEVESO consiste à ignorer les projectiles et à assumer une valeur de surpression maximale admissible pour les effets de souffle. Cette méthode est susceptible de conduire à des évaluations conservatrices ou dangereuses. Cette étude présente divers modèles mécaniques simples pouvant permettre une évaluation efficace et rapide des risques d'effet dominos. Les modes de comportement des réservoirs sont basées sur l'expérience des plus récents accidents en France. Plusieurs méthodes de propagation des incertitudes sont utilisées afin d'évaluer les sensibilités et la probabilité de défaillance des modèles de réservoir pour une sélection de signaux de surpression. L'étude aboutie sur la sélection de paramètres et de modèles dynamiques pertinents pour l'étude des effets dominos

Modélisation numérique des réservoirs soumis aux explosions et aux impacts

The occurrence of a chain reaction from blast on atmospheric storage tanks in oil and chemical facilities is difficult to predict. Reliable tools to predict atmospheric oil tank blast resistance have been developed during the VULCAIN research project (2008-2012). Since then, some additional works were engaged involving advanced numerical eulerian and lagrangian models. Eulerian models of blast wave propagation show good agreement with the experimental data from VULCAIN but the results are limited by the processing capacity. Modeling of a real-scaled blast over an atmospheric tank seems still difficult without very high processing calculators. As a solution, analytical evaluation of far-field pressure waves coupled with an eulerian model in the proximity of the structure can provide very interesting results for reflected overpressure. Lagrangian finite elements models of tanks subjected to the effects of overpressure provide good agreements in terms of displacement and plastic deformation with respect of specific criteria for loading, material and meshing. Further works will introduce fracture analysis and eulerian-lagrangian coupled simulations.De 2008 à 2012, le projet VULCAIN a permis de développer des outils simples et fiables pour l’analyse de la vulnérabilité des réservoirs atmosphériques aux surpressions, améliorant ainsi l’évaluation des effets dominos liés aux explosions industrielles sur les sites de stockages. Depuis 2012, des travaux complémentaires en partenariat avec le laboratoire PRISME ont été réalisés. L’objectif de ces nouveaux travaux basés sur la modélisation numérique des phénomènes est de compléter le projet en intégrant aux modèles le comportement plastique des matériaux, la rupture de coques minces ou encore la cinétique de perte de confinement. Les modélisations avancées doivent également permettre d’intégrer des paramètres complémentaires susceptibles d’influencer le comportement de la structure tel que des conditions aux limites imparfaites, un comportement instable du liquide contenu ou des renforcements ponctuels du réservoir. La démarche entreprise consiste tout d’abord à valider la modélisation numérique dynamique en comparant les résultats de modélisation et les essais réalisés dans le cadre de VULCAIN, puis à définir des critères d’endommagement alimentant les modèles simplifiés. Les modélisations sont réalisées en deux phases: •une première phase d’interaction fluide-structure correspondant à la modélisation de la propagation d’une onde de choc dans un milieu eulérien jusqu’à interaction avec un réservoir rigide. Cette étape vise à reproduire la réflexion de l’onde sur une surface cylindrique; • une seconde phase de modélisation lagrangienne d’unréservoir métallique soumis au chargement de surpression asymétrique. Cette étape vise à modéliser le comportement mécanique du réservoir pour déterminer son niveau d’endommagemen

Vulnérabilité des réservoirs aux explosions et aux impacts

The occurrence of a chain reaction from blast on atmospheric storage tanks in oil and chemical facilities is difficult to predict. Current French practice for Seveso facilities assumes domino effects occur when the computed overpressure exceeds 200 mbar: a value determined from accident data. This could lead to conservative or dangerous assessments. To assess the validity of simple analytical models as design tools and to check the conformity of numerical simulations, small scale experimental studies were carried out to establish a benchmark. The first study presents blast test results performed on rigid instrumented cylinders to quantify the pressure space time loading distribution. A second study was performed on flexible cylinders at a reduced scale to quantify the structural response. Based on experience of the most recent accidents in France a simplified semianalytical model based on Donnell’s equations and critical imperfection amplification thresholds was used to provide damage predictions. Numerical results show good agreement with the experimental data. Finally, reliable tools to predict atmospheric oil tank blast resistance have been developed. Some damage diagrams in the form of pressure impulse curves and safety recommendations for stakeholders are proposed to reduce domino effect risk.L ’effet domino est inhérent à la sécurité et à la sûreté des sites industriels à risque. L’une des définitions peut être : « Action d’un phénomène dangereux affectant une ou plusieurs installations d’un établissement, qui pourrait déclencher un autre phénomène sur une installation ou un établissement voisin, conduisant à une aggravation générale des effets du premier phénomène. » - Arrêté du 29 septembre 2005. Historiquement, les plus grandes catastrophes industrielles ont été initiées par un événement primaire de faible ampleur qui s’est amplifié par réaction en chaîne, dite effet domino, jusqu’à atteindre des conséquences dramatiques pour l’homme d’une part, puis pour l’environnement naturel et industriel d’autre part. On recense de nombreux accidents dans le monde, dont les conséquences dévastatrices sont dues aux effets dominos faisant suite à une explosion initiale (Feyzin, La Mède, Buncefield, Texas City, Skikda, etc.). Ces accidents majeurs, associés à de nombreux autres événements tels que l’explosion de l’usine AZF, en 2001, ont conduit les législateurs européens et français à réviser le cadre réglementaire. En France, la loi du 30 juillet 2003, transposée sous la forme de l’arrêté du 29 septembre 2005, impose aux industries, soumises à autorisation, une évaluation quantifiée des risques en termes de probabilité, de cinétique, d’intensité et de gravité. Ainsi, un risque peut être évalué, maîtrisé et enfin accepté. L’analyse de risque doit prendre en compte, pour chaque équipement sensible, les agressions externes pouvant entraîner sa rupture et notamment l’onde de surpression externe. Ainsi, l’objectif du projet VULCAIN est de développer des outils simples et fiables pour l’analyse de la vulnérabilité des réservoirs aux explosions externes. L’étude comprend deux volets majeurs, une partie de modélisation théorique et une partie expérimentale à échelle réduite

Progressive collapse analysis of reinforced concrete frame structures using beam discrete macro-elements

International audienceThis paper proposes a new simplified computer-based procedure for the dynamic analysis of reinforced concrete frame structures. It contributes to a bette understanding of the complex mechanisms involved in progressive collapse, a phenomenon characterised by resulting damage disproportionate to the original cause. Unlike the usual simplified dynamic engineering analysis of progressive collapse, a Distinct Element Method is used. Such an approach can follow the structural behaviour from the initial localised damage to the total collapse while taking into account large displacement, multiple fractures and contact. The developed macroscopic discrete beam-column element uses an inelastic hinge formulation. It consists of two rigid bodies connected through flexible joints representative of the behaviour of constitutive materials. The use of macro-elements, equivalent to Timoshenko beam elements, significantly reduces computer time. Contacts are governed by a classical compliant model with Coulomb friction. Accurate and efficient detection of contacts is performed through the use of an Oriented Bounding Box tree. The equivalence, before members fractures, between the developed beam discrete macro-elements code and a classical beam finite element approach, is illustrated through a RC frame academic example. The ability of the proposed procedure to describe complete collapse is shown with another RC frame academic example. All the beams and columns were modelled with a bilinear moment-curvature relationship and a critical bending moment for element separation

Contribution à l'étude de l'effondrement d'une structure en béton armé

L'effondrement est un phénomène peu abordé en Génie Civil mais important pour l'évaluation de la vulnérabilité d'un ouvrage à une action accidentelle. Il reste cependant difficile à modéliser tant les mécanismes mis en jeu sont nombreux : non-linéarités matérielles (plasticité, endommagement, rupture,...) et géométriques (chute libre, contact,...). L'analyse des problèmes d'effondrement et du comportement structural des portiques en béton armé permet d'identifier les phénomènes qui caractérisent la réponse globale d'une structure ainsi que les modèles utilisables. Nous proposons une approche simplifiée originale reposant sur l'utilisation d'éléments discrets. Les poutres et colonnes, éléments constitutifs du portique, sont modélisés comme des corps rigides, le comportement des matériaux étant supposé localisé dans les liaisons rhéologiques entre les corps rigides. La démarche et les éléments ont été qualifiés et les simulations ont mis en évidence l'influence des différents paramètres.ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocSudocFranceF