Ct tfd tèdlhitComportement au feu des systèmes de plancher ...
Transcript of Ct tfd tèdlhitComportement au feu des systèmes de plancher ...
C t t f d tè d l h i tComportement au feu des systèmes de plancher mixte acier-bétonEt d ét i d l éth d d l l i lifiéEtude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Contenu de la présentation
• Objectifs de l’étude paramétrique
• Propriétés de l’étude paramétrique
• Analyse par éléments finis
• Validation du modèle numériqueValidation du modèle numérique
• Effet de la continuité sur les bords du panneau
Ré lt t d l'ét d ét i• Résultats de l'étude paramétrique
• Conclusion
2Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Objectifs de l’étude paramétriqueObjectifs
PropriétésPropriétés
de l'étude
paramétrique • Justification– Essais au feu normalisé en grandeur réelle FRACOF
Analyse par
éléments finis
Essais au feu normalisé en grandeur réelle FRACOF(essai 1) - COSSFIRE (essai 2)
• Excellente performance des systèmes de planchermixte (activation d’un effet membrane)
Validation du
modèle numérique
mixte (activation d un effet membrane)• Température maximale de l’acier ≈ 1000 °C, durée
d’exposition > 120 min
Di iti t ti f iEffet des
conditions aux
• Dispositions constructives françaises• Flèche ≈ 450 mm
– Essai au feu naturel en grandeur réelle FICEB (essai 3)limites
Résultats de
avec des poutres cellulaires• Objectif
– Vérification de la méthode de calcul simplifiée dansl’étude
paramétrique
Vérification de la méthode de calcul simplifiée danstout son domaine d’application (en utilisant desmodèles de calcul avancés)
• Limitation de la flèche du plancher
3Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
ConclusionLimitation de la flèche du plancher
• Allongement de l’acier de ferraillage
Propriétés de l’étude paramétrique (1/3)Objectifs
Propriétés
P t i t édi i té é
Propriétés
de l'étude
paramétrique • Dimensions du plancher
Poutres principalesSolives protégées
Poutres intermédiaires non protégées
Analyse par
éléments finis
Validation du
modèle numérique
6 m × 6 m 6 m × 9 m 9 m × 9 m 6 m × 12 m 9 m × 12 m 7,5 m × 15 m 9 m × 15 mEffet des
conditions aux
Conforme à la combinaison de charge de l’EN 1990 en situation d’incendie pour des bâtiments de bureaux :
• Niveaux de chargementlimites
Résultats de d incendie pour des bâtiments de bureaux :G (charge permanente) + 0,5 Q (charge d’exploitation) G = Poids propre + 1,25 kN/m²
l’étude
paramétrique
4Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Q = 2,5 & 5 kN/m² Conclusion
Propriétés de l’étude paramétrique (2/3)Objectifs
PropriétésPropriétés
de l'étude
paramétrique • Condition de liaison entre le plancher et les poteaux en acier
Dalle en béton
Analyse par
éléments finis
Dalle en bétonValidation du
modèle numérique
Panneau
PanneauEffet des
conditions aux
PoteauPoteau
PoutreGoujon Poutre
limites
Résultats de
Liaison mécanique entre la dalle et les poteaux
Pas de liaison mécanique entre la dalle et les poteaux
Goujonl’étude
paramétrique
5Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
dalle et les poteaux entre la dalle et les poteauxConclusion
Propriétés de l’étude paramétrique (3/3)Objectifs
PropriétésPropriétés
de l'étude
paramétrique • Classes de résistances au feu : R30, R60, R90 et R120
Analyse par
éléments finis
1000
1200
R120R90
Echauffement des poutres périphériques
Validation du
modèle numérique 800
1000
R30
R90R60
e (°C)
p p p q(Max. 550 °C)
Effet des
conditions aux 400
600
Tempé
rature
limites
Résultats de
200
l’étude
paramétrique
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Temps (min)
6Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Conclusion
Modèle éléments finisObjectifs
PropriétésPropriétés
de l'étude
paramétrique • Modèle hybride basé sur plusieurs types d’élément fini sous le code ANSYS
SHELL91 (multi-couches à 6 DDL ) : partie pleine de la dalle
Analyse par
éléments finis
code ANSYS
Validation du
modèle numérique
Effet des
conditions aux
Beam24 : poutre en acier, bac acier, et bét d
BEAM24 : poteau en acier
limites
Résultats de béton des nervuresPIPE16 (élément uniaxial à 6 DDL )
: connexion entre la poutre en acier et la dalle
l’étude
paramétrique
7Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Conclusion
Modèle éléments finisObjectifs
Propriétés
• Modèle hybride basé sur plusieurs types d’élément fini sous le code SAFIR
Propriétés
de l'étude
paramétrique
code SAFIR
Elément COQUE
Analyse par
éléments finis
Elément POUTREValidation du
modèle numérique
Effet des
conditions aux
limites
Résultats de
l’étude
paramétrique
8Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Conclusion
Propriétés des panneauxObjectifs
Propriétés
P t i S235
Propriétés
de l'étude
paramétrique
• Poutres en acier S235• Bac acier trapézoïdal de type COFRAPLUS60 (0,75 mm
d’épaisseur) Analyse par
éléments finis
• Béton de masse volumique courante de classe C30/37• Treillis soudé de nuance S500• Position moyenne du treillis (à partir de la face supérieure)
Validation du
modèle numériquePosition moyenne du treillis (à partir de la face supérieure) = 45 mm
120 mm (R30)130 (R60)
Effet des
conditions aux
58 m
m 101mm 107 mm
62 mm
130 mm (R60)140 mm (R90)150 mm (R120)
limites
Résultats de 62 mml’étude
paramétrique
9Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Conclusion
Propriétés thermo-mécaniques (1/2)Objectifs
Propriétés
• Propriétés thermo-mécaniques de l’acier :
Propriétés
de l'étude
paramétrique
– Propriétés thermiques : EN 1994-1-2– Masse volumique indépendante de la température (ρa = 7850 kg/m3)
Relations contrainte déformation :
Analyse par
éléments finis– Relations contrainte – déformation :
Validation du
modèle numérique220
240
26020 °C
100 °C
Effet des
conditions aux 140
160
180
200
220200 °C
300 °C
400 °C
500 °Ce (M
pa)
limites
Résultats de 60
80
100
120
140600 °C
700 °C
800 °C
900 °C
Contrainte
l’étude
paramétrique0
20
40
60
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
1000 °C
1100 °C
1200 °C
10Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Conclusion Déformation
Propriétés thermo-mécaniques (2/2)Objectifs
Propriétés
• Propriétés thermo-mécaniques du béton :
Propriétés
de l'étude
paramétrique
– Propriétés thermiques : EN 1994-1-2– Masse volumique fonction de la température suivant l’EN 1994-1-2
Critère de plasticité de Drucker-Prager
Analyse par
éléments finis– Critère de plasticité de Drucker-Prager– Facteur de réduction de la résistance en compression suivant
l’EN 1994-1-2Validation du
modèle numérique1 2
Effet des
conditions aux
1.2
1
0.8limites
Résultats de
0.6
0.4
l’étude
paramétrique
0 200 400 600 800 1000 1200
0.2
11Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Conclusion0 200 400 600 800 1000 1200
Température (°C)
Validation du modèle numérique ANSYS par rapport à l’essai 1 (1/2)
Objectifs
Propriétés ANSYS par rapport à l essai 1 (1/2)
• Comparaison avec les essais au feu (transfert thermique)
Propriétés
de l'étude
paramétrique
Essai
Analyse par
éléments finis
E i
ABC
Essai
Validation du
modèle numériqueABC
Essai
Poutres en acier non protégées Solives protégéesEffet des conditions
aux limites Essai Essai
FB
ACD
E
Résultats de l’étude
paramétriqueABC
Conclusion
12Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Poutres principales protégées Dalle mixte
Validation du modèle numérique ANSYS par rapport à l’essai 1 (2/2)
Objectifs
Propriétés ANSYS par rapport à l essai 1 (2/2)
• Comparaison avec l’essai (flèche)
Propriétés
de l'étude
paramétrique
Déformée simulée du plancher après l’essaiAnalyse par
éléments finis
Validation du
modèle numérique
Effet des conditions
aux limites400
500
Mid-span of unprotected
central
Central part of the floor
Test Simulation
(mm
) Partie centrale du plancherMi-portée des
poutres non protégées
Essai
Résultats de l’étude
paramétrique200
300central
Mid-span of protected edge
secondary beamsMid-span of protected pl
acem
ent
Mi-portée des poutres
Mi-portée des solives périphériques
protégées
protégées
Conclusion 0
100
0 15 30 45 60 75 90 105 120
p pprimary beamsD
ép
Temps (min)
Mi portée des poutres principales protégées
13Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Comparaison des flèches (dalle et poutres)
Temps (min)
Validation du modèle numérique SAFIR par rapport à l’essai 1 (1/2)
Objectifs
Propriétés SAFIR par rapport à l essai 1 (1/2)
• Comparaison avec l’essai au feu (transfert thermique)
Propriétés
de l'étude
paramétrique Solive non protégée : comparaison des températures
ABC
Analyse par
éléments finisture (°C)
Gaz
Semelle inf. (moyenne des mesures)Ame (moyenne des mesures)
Semelle A
Validation du
modèle numérique
Tempé
rat
sup.(moyenne des mesures)Semelle inf. (SAFIR)
Ame (SAFIR)
Semelle sup. (SAFIR)
Poutres en acier non protégéesEffet des conditions
aux limites
Temps d’exposition au feu normalisé (s)Comparaison des températures de la dalle
Moyenne des mesures
Moyenne des mesures Fin de l’essai
FE
Résultats de l’étude
paramétrique
Béton structural
Tempé
rature (°C)
Position des barres (SAFIR)
FB
ACD
Conclusion
Béton thermique(matériau sans résistance mécanique)
14Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Dalle mixte
Temps d’exposition au feu normalisé (s)
Validation du modèle numérique SAFIR par rapport à l’essai 1 (2/2)
Objectifs
Propriétés SAFIR par rapport à l essai 1 (2/2)
• Comparaison avec l’essai au feu (flèche)
Propriétés
de l’étude
paramétrique
Contraintes calculées dans la dalle en fin d’essaiAnalyse par
éléments finis
Validation du
modèle numérique Temps (s)
Effet des conditions
aux limites
Centre de la dalle (mesure)
Mi-portée de la poutre
Solive protégée (mesure)
exposée (mesure)
Résultats de l’étude
paramétrique
men
t ver
tical
(mm
)
Solive protégée (mesure)
Poutre principale (mesure)
Centre de la dalle (SAFIR)
Conclusion
Dép
lace
m
Mi-portée de la poutreexposée (SAFIR)
Solive protégée (SAFIR)
Poutre principale (mesure)
15Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Comparaison des flèches (dalle et poutres)
Validation du modèle numérique SAFIR par rapport à l’essai 2 (1/2)
Objectifs
Propriétés SAFIR par rapport à l essai 2 (1/2)
• Comparaison avec l’essai au feu (transfert thermique)Solive non protégée : comparaison des températures
Propriétés
de l’étude
paramétrique
ABC
Gaz
Semelle sup. (mesure)
Ame (mesure)
Semelle inf . (mesure)ture (°C)
Analyse par
éléments finisA
Semelle inf. (SAFIR)
Ame (SAFIR)
Semelle inf. (SAFIR)
Tempé
rat
Validation du
modèle numérique FE
Poutres en acier non protégéesTemps (min)
Effet des conditions
aux limites
B
ACD
Moyenne des mesures
Moyenne des mesures
Face sup. – Moyenne des mesures
Position des barres (SAFIR)
Résultats de l’étude
paramétrique
Béton structural Face sup. (SAFIR)
Tempé
rature (°C)
Conclusion
Béton thermique(matériau sans résistance mécanique)
T ( i )
16Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Dalle mixte
Temps (min)
Validation du modèle numérique SAFIR par rapport à l’essai 2 (2/2)
Objectifs
Propriétés SAFIR par rapport à l essai 2 (2/2)
• Comparaison avec l’essai au feu (flèche)
Propriétés
de l’étude
paramétrique
Contraintes calculées dans la dalle en fin d’essaiAnalyse par
éléments finis
Validation du
modèle numérique Centre de la dalle (mesure)
Effet des conditions
aux limites
(mm
)
Centre de la dalle (mesure)
Poutre principale protégée
Mi-portée de la poutreexposée (mesure)
(mesure)
Résultats de l’étude
paramétrique
Dép
lace
men
t ver
tical
(
Solive protégée (mesure)
Centre de la dalle (SAFIR)
Centre de la dalle (SAFIR)
Conclusion
Temps (min)
Poutre principale protégée
Mi-portée de la poutreexposée (SAFIR)
Solive protégée (SAFIR)
(SAFIR)
17Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Comparaison de la flèche (dalle et poutres)
Validation du modèle numérique SAFIR par rapport à l’essai 3 (1/3)
Objectifs
Propriétés SAFIR par rapport à l essai 3 (1/3)
• Comparaison avec l’essai au feu (transfert thermique)
Propriétés
de l’étude
paramétrique Solive cellulaire non protégée : comparaison des températures
Analyse par
éléments finisrature (°C)
Validation du
modèle numérique
Tempé
r
MesureMesure
centre ‐MesureMesureMesure
Simulation numérique
Solives en acier non protégéesEffet des conditions
aux limites
Temps (min)
Comparaison des températures de la dalle (zone A)
Position A3 (SAFIR)
Position A4 (SAFIR)
Position A5 (SAFIR)
Résultats de l’étude
paramétrique Tempé
rature (°C)
Position A3 (mesure)
Position A4 (mesure)
Position A5 (mesure)
Conclusion
Temps (min)
18Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Dalle mixte
Validation du modèle numérique SAFIR par rapport à l’essai 3 (2/3)
Objectifs
Propriétés SAFIR par rapport à l essai 3 (2/3)
• Modèle hybride pour prendre en compte le flambement des montants avec des éléments POUTRE
Propriétés
de l’étude
paramétrique
Analyse par
éléments finis 0,8
1,0
kay,θ
ion
(×1e
-3)
Validation du
modèle numérique 0,2
0,4
0,6 kEa,θ
kap,θ
acte
urs
de ré
duct
Effet des conditions
aux limites
Avant le flambement des montants
1
0,00 200 400 600 800 1 000 1 200
Température (°C)
F
Résultats de l’étude
paramétrique0,6
0,8
1
kEa,θ
kay,θ
de ré
duct
ion
Conclusion
Après le flambement des montants 0
0,2
0,4
kap,θ
Fact
eurs
d
19Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Après le flambement des montants 0 200 400 600 800 1 000 1 200
Temperature ( C)Température (°C)
Validation du modèle numérique SAFIR par rapport à l’essai 3 (3/3)
Objectifs
Propriétés
• Comparaison avec l’essai au feu (flèche)F0
F0 F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0
F0
F0
F0
F0 F0
F0
SAFIR par rapport à l essai 3 (3/3)Propriétés
de l’étude
paramétrique
Contraintes calculées dans la dalle en fin d’essai
F0F0F0F0F0F0
F0F0
F0
F0 F0
F0
F0F0
F0
F0
F0F0
F0
F0 F0
F0
F0F0
F0
F0 F0
F0
F0F0
F0
F0
F0F0
F0
F0 F0
F0
F0F0F0F0
Analyse par
éléments finis
F0
F0 F0
F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0
F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0
F0 F0
F0
Validation du
modèle numérique Flèche centrale d’une solive non protégée
F0
F0 F0
F0
F0
F0
F0
F0
F0 F0
F0
F0 F0
F0
F0 F0
Effet des conditions
aux limites
tical
(mm
)
Poutre 5 - Mesure
Poutre 5 – Modèle hybride (SAFIR)
Résultats de l’étude
paramétriqueD
épla
cem
ent v
ert
Conclusion
T ( i )
D
Avant le flambement Après le flambement des montants
20Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Comparaison de la flèche
Temps (min)
Effet des conditions aux limitesObjectifs
Propriétés
Conditions de maintien
Propriétés
de l'étude
paramétrique
S2S1
Analyse par
éléments finis
S2S1
Validation du
modèle numériqueCC
9 mS2S1
S3 S4Effet des
conditions aux
CORNER
CORNER
9 mS3 S4
ANGLE
Trame d’un bâtiment réel Modèle ANSYS
limites
Résultats de
9 m 9 m
• Conclusion– Flèche calculée plus importante dans le panneau d’angle que
dans les 3 autres panneaux à 3 ou 4 bords continus.
l’étude
paramétrique
21Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
dans les 3 autres panneaux à 3 ou 4 bords continus. Conclusion
Résultats de l’étude paramétrique (1/4) Objectifs
Propriétés
• Comparaison entre la flèche MEF et la flèche maximale d i ibl l l MCS ( éth d d l l i lifié )
Propriétés
de l'étude
paramétrique
admissible selon la MCS (méthode de calcul simplifiée)Analyse par
éléments finis Safe1000
Sécuritaire
e
Validation du
modèle numérique700
800
900
1000
m) on s
écur
itaire
Effet des
conditions aux 400
500
600
mite
MC
S (m
m No
limites
Résultats de 100
200
300
R 30 R 60 R 90 R 120
Lim
Liaison mécanique entre la dalle et les
l’étude
paramétrique
00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100
Modèle de calcul avancé (mm)
22Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Liaison mécanique entre la dalle et les poteaux dans les calculs avancésConclusion
Résultats de l’étude paramétrique (2/4) Objectifs
Propriétés
• Comparaison entre la flèche MEF et la flèche maximale d i ibl l l MCS ( éth d d l l i lifié )
Propriétés
de l'étude
paramétrique
admissible selon la MCS (méthode de calcul simplifiée)
1000
Sécuritaire
Analyse par
éléments finis
700
800
900
1000
Uns
afe
10%
écur
itaire
m)
Validation du
modèle numérique
400
500
600
Non
sé
mite
MC
S (m
m
Effet des
conditions aux
100
200
300
R 30 R 60 R 90 R 120
Lim
limites
Résultats de
Pas de liaison mécanique entre la dalle
00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Modèle de calcul avancé (mm)
l’étude
paramétrique
23Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Pas de liaison mécanique entre la dalle et les poteaux dans les calculs avancésConclusion
Résultats de l’étude paramétrique (3/4) Objectifs
Propriétés
• Comparaison entre l’instant où la flèche MEF atteint le 1/30 de l té t l é i t f l l MCS ( éth d d
Propriétés
de l'étude
paramétrique
la portée et la résistance au feu selon la MCS (méthode de calcul simplifiée)Analyse par
éléments finis
3
R 30
9m x 9m6m x 6m 6m x 9m 6m x 12m 9m x 12m
ce
9m x 15m7.5m x 15m
Validation du
modèle numérique
2
R 60
R 90
R 120
0 / t
Fire
Res
ista
nc
Effet des
conditions aux
t Spa
n/30limites
Résultats de 1
0,5 2,5 4,5 6,5 8,5 10,5 12,5 14,5
• Conclusion– Le critère Portée/30 n’est pas atteint dans le calcul MEF
d t t t l d é d é i t f dét i é l
l’étude
paramétrique
24Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
durant toute la durée de résistance au feu déterminée par la MCS
Conclusion
Résultats de l’étude paramétrique (4/4) Objectifs
Propriétés
• Capacité d’allongement des barres d’armatures
Propriétés
de l'étude
paramétrique
5%
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,59m x 12m6m x 12m9m x 9m6m x 9m6m x 6m 7.5m x 15m 9m x 15m
mal
e
Analyse par
éléments finis
3%
4%
canq
iue
max
ide
ferra
illage
Validation du
modèle numérique
2%
3%
form
atio
nméc
de l’
acie
r d
Effet des
conditions aux
0%
1%
R 30 R 60 R 90 R 120
Déflimites
Résultats de
• Conclusion– L’allongement des barres d’armatures est < 5 % = Capacité
d’allongement maximale admissible selon l’EN 1994-1-2.
l’étude
paramétrique
25Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
d allongement maximale admissible selon l EN 1994 1 2. Conclusion
Conclusion Objectifs
Propriétés
• La MCS (méthode de calcul simplifiée) place du côté de la
Propriétés
de l'étude
paramétrique ( p ) p
sécurité par rapport aux résultats de calculs avancés.
• Concernant l’allongement du treillis soudé sa valeur reste
Analyse par
éléments finis• Concernant l allongement du treillis soudé, sa valeur reste
généralement en-dessous de 5 %.
L li i é i t l d ll t l t t
Validation du
modèle numérique
• Les liaisons mécaniques entre la dalle et les poteaux peuvent réduire la flèche d’un système de plancher mixte en situation d’incendie, mais elles ne sont pas nécessaires en tant que disposition constructive
Effet des
conditions aux disposition constructive.
• La MCS est capable de déterminer de façon sécuritaire le
limites
Résultats de comportement mécanique d’un plancher mixte acier-béton sous feu normalisé.
l’étude
paramétrique
26Etude paramétrique de la méthode de calcul simplifiée
Conclusion