sens.21 - Modélisation et analyse de précontrainte

Ce module vous permet de définir des câbles présentant une géométrie 3D et de calculer les pertes dues à la précontrainte. Il inclut la génération automatique d'éléments finis excentrés pour un groupe de câbles (les câbles deviennent une partie du modèle structurel) ainsi que le calcul de la charge équivalente, des efforts internes et des contraintes dues à la précontrainte. Nous recommandons d'utiliser ce module en combinaison avec les modules « Phases de construction » sens.20 et « Conception du béton précontraint » sencd.06.en.

Schémas de fils

Les schémas de fils permettent à l'utilisateur de modéliser rapidement et facilement des éléments en béton précontraint ou postcontraint, conformément à sa pratique quotidienne. L'utilisateur se sert ainsi de schémas de trous et de fils pour saisir des fils individuels et ajuster leurs propriétés comme la contrainte initiale, la longueur de détente, la distance d'adhérence, le type de toron, etc. L'utilisateur peut stocker les schémas de trous et de fils dans des bibliothèques et les récupérer lorsqu'il en a besoin, disposant ainsi d'une solution standardisée pour son entreprise. Par conséquent, l'utilisation de ce module combiné au module de paramétrisation offre à l'utilisateur la solution très efficace pour les éléments précontraints préfabriqués.

Le concept de « super utilisateur » permet de définir l'utilisateur qui conçoit et gère les schémas des fils ainsi que les différents modèles ou paramètres. L'accès du « simple utilisateur » à l'outil est ainsi limité à l'emploi des modèles du « super utilisateur », garantissant ainsi le respect des standards de l'entreprise et l'introduction de données correctes. La bibliothèque peut être stockée sur le serveur de l'entreprise par le « super utilisateur » et même être rendue accessible aux clients via Internet. Différentes données d'une section droite peuvent être importées au format DWG ou DXF, puis converties dans la nouvelle solution intégrée de SCIA Engineer.

L'introduction des données des schémas des fils s'effectue à l'aide d'une boîte de dialogue conviviale et adaptée aux besoins de la conception. L'utilisateur visualise ainsi directement le centre de gravité de la section et de la précontrainte. Ceci facilite la conception de la précontrainte pour des sections non symétriques comme les sections en T des ponts. Le tableau des données graphiques calcule directement les données liées à la précontrainte et à la fissuration du béton lorsque l'utilisateur définit le schéma des fils. Ces données comprennent le moment d'inertie, la section de béton sans les torons, les modules de la section, etc. L'utilisateur peut aussi définir sans difficulté des torons ancrés ou adhérents. Les éléments courbes peuvent être précontraints en tenant compte des fonctions d'adhérence. Tous les matériaux de précontrainte, comme les câbles, les torons, les barres, etc., peuvent être définis. Il est dès lors possible de modéliser des structures telles que des poutres en T asymétriques, des planchers alvéolaires, des poutres en T double, des pieux de fondation, des poutres en treillis et bien d'autres sections.

Toutes les données introduites peuvent être visualisées et modifiées dans l'interface graphique de SCIA Engineer. Grâce aux paramètres d'affichage, l'utilisateur peut modifier l'image du schéma des torons selon les standards de l'entreprise ; cette image sera stockée dans le document. D'autres données sont imprimables, comme les contraintes initiales, les schémas des trous et les propriétés des torons.

Câbles

Les câbles postcontraints ou externes permettent à l'utilisateur de modéliser en 3D et de manière pratique des câbles pour des poutres, des poteaux, des murs et des plaques. L'utilisateur peut dessiner directement un câble interne ou externe, ou baser la conception d'un câble postcontraint sur une bibliothèque de géométries « source » standard. La géométrie source représente une partie du câble, par exemple la partie droite située à l'extrémité du câble, la partie courbe avec le rayon minimal au-dessus du support ou la partie médiane. Il est possible de fusionner les géométries source afin de définir la géométrie pratique du câble, conformément aux méthodes classiques d'ingénierie. Les géométries des câbles peuvent également être aisément importées à partir de fichiers XML, DWG ou DXF.

Durant la conception, ce qui signifie avant les calculs, l'utilisateur a la possibilité de vérifier rapidement les pertes estimées, et ce, pour une conception à la fois rapide et pratique. Une fois les calculs terminés, toutes les données géométriques relatives ainsi que l'ensemble des propriétés des câbles peuvent être imprimées de manière conviviale. Il est également possible de paramétrer l'ensemble des propriétés (géométriques) du câble interne ou externe, contribuant ainsi à une conception rapide et aisée de structures précontraintes répétitives ou relativement standard.

Il est possible de définir des câbles pour n'importe quel type de structure : pont, dalle de bâtiment, mur ou poutre. Les normes suivantes sont prises en charge : IBC, DIN, ÖNORM, ČSN, NEN, ENV et la norme récente EN. Le câble peut être courbe dans le plan XZ et/ou dans le plan XY. L'utilisateur est par conséquent capable de modéliser pratiquement n'importe quelle structure précontrainte, avec ou sans câbles internes ou externes.

L'utilisateur peut définir toutes les propriétés requises du câble, comme l'ensemble d'ancrages, la contrainte initiale, les propriétés de frottement, etc. Par ailleurs, l'utilisateur peut spécifier la méthode de coffrage (uniquement à partir du début, à partir du début et remise en tension à partir de la fin, etc.) ainsi que le type de relaxation à court terme. Les matériaux/éléments de précontrainte classiques tels que les fils, les torons, les câbles et les barres sont définis dans la bibliothèque de matériaux par défaut. Des tableaux de relaxation classiques sont définis par chaque norme nationale et peuvent être adaptés en fonction des exigences de l'utilisateur ou du fabricant.

Une fois la conception du câble terminée, l'utilisateur peut exporter le câble vers un programme de CAO afin de finaliser le plan. Le document de calcul contient toutes les données, résultats et propriétés nécessaires du câble. L'ensemble des données significatives sont intégrées dans le document d'utilisateur de SCIA Engineer et ne nécessitent aucune manipulation supplémentaire.

L'application de la postcontrainte avec le module de paramétrisation permet à l'utilisateur de définir des modèles parfaits de structures postcontraintes de manière aisée, pratique et spécifique à un projet ou à une entreprise. Le document répond aux souhaits ou à la pratique de l'ingénieur. De plus, chaque document individuel peut être adapté séparément pour répondre aux exigences et aux besoins de chaque partie externe. Ces modifications sont possibles d'un seul clic.

Analyse en fonction du temps (TDA)

L'analyse en fonction du temps (TDA) permet l'analyse en fonction du temps du béton précontraint, mais également des structures d'ossatures 2D composites, tout en tenant compte des différentes phases de construction, de fluage, de retrait et de vieillissement du béton qui ont été définies. La méthode utilisée pour l'analyse en fonction du temps se base sur une procédure pas à pas au cours de laquelle le domaine temporel est subdivisé en pas de temps. La méthode des éléments finis est exécutée à chaque pas de temps. La théorie viscoélastique linéaire du vieillissement est appliquée pour l'analyse du fluage.

La symétrie des charges appliquées à long terme permet la modélisation de la structure et de la charge dans un plan vertical. Le modèle structurel à ossature plane est utilisé. Les éléments finis excentrés représentent par exemple une poutre de béton en caisson (ou des âmes de béton et des couches de tablier), des câbles précontraints, des diaphragmes, des piliers, des tirants d'ancrage provisoires, des éléments de ferraillage non précontraints, etc. Toutes les opérations de construction sont respectées dans l'analyse structurelle, conformément au plan de production réel. Les éléments sont installés ou supprimés en fonction du processus de construction. Diverses opérations utilisées dans la construction telles que l'installation ou la suppression de segments et de câbles précontraints, ou la modification des conditions annexes, des charges et des déplacements prescrits, peuvent être modélisées.

Les câbles précontraints sont également supposés être des éléments finis excentrés. En cas de contrainte initiale, seuls les termes de charge des câbles sont inclus dans les équations d'équilibre globales. La rigidité supplémentaire du câble est également prise en compte après l'ancrage. Il est possible de modéliser à la fois des câbles tendus et non tendus. Les pertes à long terme sont automatiquement prises en compte dans l'analyse. Si un élément quelconque est supprimé ou si les conditions annexes sont modifiées, les forces internes de l'élément ainsi que la réaction appropriée sont automatiquement ajoutées à l'incrément du vecteur de charge.

La déformation totale du béton à un instant donné se compose de trois parties :

• la déformation due à la contrainte
• le retrait et
• la dilatation thermique

Les déformations dues au retrait et à la dilatation thermique ne dépendent pas des contraintes. Le retrait des éléments structurels est estimé à l'aide des propriétés moyennes d'une section droite donnée, compte tenu de l'humidité relative moyenne et de la taille des éléments. La déformation due à la contrainte se compose de la déformation élastique instantanée et de la déformation due au fluage. L'évolution du module d'élasticité avec le temps en raison du vieillissement est prise en compte. Le modèle de prévision du fluage se base sur une hypothèse de linéarité entre les contraintes et les déformations afin de garantir l'applicabilité de la superposition linéaire. La solution numérique est basée sur le remplacement de l'intégrale de Stieltjes de type « héréditaire » par une somme finie. Le problème général du fluage est ainsi transformé en une série de problèmes d'élasticité. Le calcul du fluage se base également sur les propriétés moyennes d'une section droite donnée. Les effets du fluage, du retrait et du vieillissement peuvent être pris en compte conformément aux recommandations de conception.

• EUROCODE 2,
• ČSN 73 1201 and ČSN 73 6207,
• ÖNORM B4700,
• DIN 1045-1,
• NEN.

Cette méthode tient compte de l'historique des contraintes et ne nécessite aucune itération de pas unique. En outre, elle n'impose aucune restriction quant au type de fonction de fluage.

Mise en œuvre des phases de construction et analyse en fonction du temps (TDA)

L'analyse en fonction du temps (TDA) est intimement liée à l'analyse des phases de construction dans SCIA Engineer. La différence réside dans le fait que les effets rhéologiques ne sont pas pris en compte dans l'analyse des phases de construction. En revanche, le « cas de charge » et la « combinaison de cas de charge » constituent les « unités de construction » de base à la fois pour l'analyse en fonction du temps (TDA) et l'analyse des phases de construction. L'analyse des phases de construction s'exécute en fait indépendamment du temps. Chaque phase est liée à un pas de temps donné.

Les incréments de charge permanente de chaque phase de construction ou de service ainsi que les résultats (incréments des forces internes et des déformations causées par cette charge) sont stockés dans des cas de charge distincts. Cette charge est supposée être présente (appliquée sur la structure) pendant un temps infini. La suppression de la charge doit être modélisée comme une nouvelle charge de signe opposé. Par exemple, les forces internes totales présentes dans les éléments structurels existants et dues aux charges permanentes actives après la troisième phase de construction sont obtenues à l'aide des résultats de la combinaison de trois cas de charge appropriés. Un cas de charge représentant la charge utile peut être ajouté à cette combinaison.

 

Si une précontrainte quelconque est appliquée au cours de la phase de construction, un cas de charge permanente supplémentaire doit également être appliqué. Deux cas de charge permanente sont ensuite définis au cours d'une phase de construction, un pour la charge permanente et un pour la précontrainte. L'utilisateur n'est pas autorisé à ajouter des charges au cas de charge de précontrainte.

Un cas de charge supplémentaire (vide) est généré automatiquement à l'occasion de chaque phase de construction de l'analyse en fonction du temps (TDA). Ces cas de charge sont utilisés pour le stockage des incréments des forces internes et des déformations dues au fluage et au retrait calculés durant l'intervalle de temps écoulé. Ces cas sont marqués comme étant des cas de charge de fluage dans SCIA Engineer.

Quelques applications pratiques de ce module :

• Viaduc de la Wisconsin Avenue à Milwaukee, Wisconsin, États-Unis, par CH2M Hill, Milwaukee, Wisconsin avec la collaboration de Charles Redfield et du Prof. Jiri Strasky
• Structure segmentée préfabriquée avec tablier coulé sur place remplaçable d'un viaduc de Plzen. Par Strasky, Husty and Partners, Brno, République tchèque
• Poutres transversales graduellement précontraintes dans l'ossature de la Sazka Arena à Prague (Championnat du monde de hockey sur glace de 2004), par PPP Pardubice, République tchèque

 

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Modules requis:

• sen.00