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Table des matires

Introduction Exemple I : modlisation dune structure en bton arm . Exemple II : modlisation dun treillis en charpente mtallique. Exemple III : modlisation dun radier.

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Introduction :

Ce petit manuel est destin aux ingnieurs ayant dj acquis des connaissances prliminaires dans la modlisation et le calcul des structures avec le logiciel SAP2000, et aussi pour les dbutants . Pour les ingnieurs dbutants, nous avons bien dtaill les tapes suivre lors de la modlisation dune structure du dbut la fin de la modlisation . Les notions de la dynamique des structures ne sont pas inclues dans ce petit manuel ,ainsi que les vrifications vis--vis du rglement parasismique algriens (RPA99 modifi2003).

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CIVISOFT FORMATIONExemple I.

La structure tudier est une partie dun lyce situ MEFTEH willaya de Blida , la structure est mixte portiques voiles de forme irrgulire en plan .

On click deus fois sur licne de SAP2000

Note : il est important de lire le message reu lors de louverture de la fentre ci-dessus

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I.1. Cration des lignes de grille Le choix des units : On choisit (KN ,m ,c ) Dans le menu File>New model

Click sur Grid Only

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CIVISOFT FORMATIONOn click sur le repre cylindrique (cylindrical), puis on va remplir les trois premires cases telles quelles sont sur le figure ci-dessus , et on laisse les autres valeurs par dfaut, et on click sur ok. Menu Define > coordinate systems /Grids > on click sur Mdify/Show System .

On introduit les valeurs telles quelles sont dans les cases en bleu , puis on click OK puis OK.

On aura les lignes de grille voulues sur la figure suivante :

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CIVISOFT FORMATIONI.2. Dfinition des sections des poteaux et des poutres Menu Define > Section Properties > Frame sections Une fentre souvrira, et on click sur Add New Property, et on aura la fentre suivante :

Dans la zone slectionne en rouge ,on slectionne Concrete ( bton) , et on aura la fentre suivante :

On click sur rectangular pour dfinir la section de la poutre , et on aura la fentre suivante :

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Dans la case Depth (t3) , on fait entrer la hauteur de la poutre Dans la case Width (t2) , on fait entrer la largeur de la poutre Click sur la zone indiqu en bleu et sur le signe( +) pour avoir la fentre suivante :

On click sur Modify /Show Material dans la zone indiqu en rouge pour dfinir le matriau bton sur la fentre suivante : 8

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Une fois que les caractristiques du bton ont t bien introduites, on click sur ok pour fermer la fentre, puis un autre OK pour revenir a la fentre prcdente. On click sur concrete reinforcement dans la zone indiqu en rouge pour avoir la fentre suivante :

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CIVISOFT FORMATIONOn coche Beam (M3 Design Only) Dans la zone indiqu en rouge pour avoir La fentre suivante :

On click sur le signe (+) dans la zone indiqu en rouge Pour dfinir le matriau acier de la mme manire que Le matriau bton dj dfinit prcdemment. On fait entrer les valeurs de lenrobage, et on laisse Les quatre dernires cases par dfaut. On click sur ok pou revenir et cest de cette manire Quon dfinit les autres sections des poutres

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CIVISOFT FORMATIONNotant que les sections des poutres sont : PB35x35 PA30X45 PS30X35 PC30X30 P25X25 P30X30 Les sections de poteaux utiliss sont : POT D50 et POTD45. La figure suivante indiques les diffrentes sections des poutres sur la vue en plan.

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CIVISOFT FORMATIONI.3. Modlisation des poutres et des poteaux : Pour tracer llment frame ( poutre ou poteau) , on click sur loutil du dessin prsent sur la barre doutils gauche de la fentre de SAP2000. On click sur loutil suivant et on aura la limage suivante :

On choisit la section PB35x50, puis on click une fois sur le point du dbut (r2) de la poutre, puis on fait glisser la sourie pour faire un click sur le deuxime point (r3) indiqu sur la figure. Cest de cette manire quon tracera toutes les poutres et tous les poteaux.

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CIVISOFT FORMATIONI.4. Introduction des appuis au niveau de la base de la structure. On choisit la vue en plan Z=0 , puis on slectionne toute la vue avec la sourie comme illustr sur la figure suivante :

Une fois que tous les nuds de la base des poteaux sont slectionns , on click menu Assign >joint >Restraints , et on aura la fentre suivante :

Puis on click sur le symbole de lencastrement tel quil est indiqu sur la figure ci-dessus.

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I.5. Dfinition des sections des dalles et des voiles. Menu Define > Section Properties >Area sections, puis on aura la fentre suivante :

Click sur Add New section, et on aura la fentre suivante :

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On fait entrer les valeurs telles quelles sont Sur la figure ci-contre , puis on click sur la zone Indique en rouge ,et on aura la fentre ci-dessous

on fait entrer les valeurs denrobage des deux nappes de ferraillage du voile, puis on click ok et un autre ok . cest de la mme faon quon dfinira la section de la dalle, Seulement au lieu de cocher la case membrane , On coche plate thin ,si la dalle nest pas vraiment paisse.

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CIVISOFT FORMATIONI.6. Modlisation des dalles et des voiles : Pour modliser les dalles, on procde de la faon suivante : On slectionne loutil de dessin de dalle de forme non rectangulaire sur la barre doutil gauche , puis on click sur le premier point , puis le deuxime, le troisime, et le quatrime, puis on Enfonce la touche ENTRER du clavier, et cest de la mme faon quon dessinera les voiles seulement au lieu de slectionner la dallepleine , on slectionne la section du voile dans la case section ci- dessous

Une fois que tous les lments sont modliss, on aura le model suivant :

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CIVISOFT FORMATIONI.7. Dfinition des cas de charges : Menu Define > load patterns, et on aura la fentre suivante :

G :dsigne les charges permanentes supportes par la structure. Q :dsigne les charges dexploitations supportes par la structure.

I.8. Introduction des charges supportes par la structure au model : Les charges supportes par les dalles serons introduites comme suit : On slectionne les dalles charger , notant que les dalles de notre cas travaillent dans les deux directions . A partir du menu Assign > area loads >

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CIVISOFT FORMATIONPar la suite on aura la fentre suivante :

Cest de cette faon quon introduira les diffrentes charges.

Les charges supportes par les poutres sont introduites comme suit : Une fois que la poutre charger est slectionne , on procde comme suit : A partir du menu Assign > Frame loads > Distributed, et on aura la fentre suivante :

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CIVISOFT FORMATIONI.9. Dfinition de la masse de la structure. La masse de la structure est introduite comme suit : Menu Define > Mass Souce On coche la case From Loads et cela Veut dire que le programme prendra Dans notre cas 100% de la masse des Charges permanentes et 20% de la masse Des charges dexploitations.

I.10. Dfinition des diaphragmes. Menu Select > All Menu Assign >joint >Constraints , et on aura la fentre suivante :

On click Add New Constraints 19

CIVISOFT FORMATIONOn coche Z Axis ,et la case indique en Rouge, et automatiquement les Les diaphragmes seront fait chaque niveau.

I.11. Introduction de la fonction du spectre de rponse . Menu Define > Function >

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CIVISOFT FORMATIONOn click sur Add New Function On aura la fentre suivante , et on fait entrer la valeur de lamortissement (Function Damping Ratio) , ensuite on coche la case Period vs Value, et on click sur Browse pour importer le spectre dans son ficher dj enregistr. Pour afficher le graphe du spectre , on click sur Display Graph comme illustr sur la figure ci-dessous.

I.12. Injection du sisme suivant les deux directions . Menu Define > Load cases

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CIVISOFT FORMATIONOn click sur Add New Load Cases..

Une fois que la fentre est complte, on click sur ok pour la ferme.

I.13. Dfinition des combinaisons de charges . Menu Define > Load Combinations

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CIVISOFT FORMATIONOn click sur Add New Combo

Une fois que la combinaison est bien dfinie , on click sur ok pour fermer la fentre. Remarque : avant de lancer lanalyse , il faut bien enregistrer le model. A partir du menu Analyze ,on lance lanalyse de notre structure modlise.

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CIVISOFT FORMATIONI.14. Affichage des modes de vibration . Menu Display > Show Deformed Shape

La figure ci- dessous montre le premier mode de vibration.

Remarque : on peut voir lanimation des modes de vibration on click sur les flches suivante :

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CIVISOFT FORMATIONPour afficher les diagrammes des efforts internes au niveau des portiques , on procde comme suit : Menu Display > Show Forces / Stresses > Frames / Cables

On coche moments3-3 , puis on click sur ok pour avoir le diagramme des moments suivant :

Remarque : si on veut voir les valeurs sur les diagrammes des efforts , on coche Show Values on Diagram. 25

CIVISOFT FORMATIONI.15. Visualisation du facteur de la participation massique. Menu Dispalay > Show tables

On click sur le signe (+) Structure Outpout dans la fentre ci-dessus, puis sur Modal Information, ensuite, on coche Table : Modal Participating Mass Ratios, on slectionne la combinaison Modal dans la zone indique en rouge, puis ok.

Remarque: cest de la mme faon quon peut tirer leffort tranchant rsistant la base , il suffit de choisir la combinaison la plus dfavorable. Notant que le poids de la structure est tir par la combinaison introduite dans la Mass Source. 26

CIVISOFT FORMATIONI.16. Prsentation de la mthode sandwich utilise par le logiciel SAP2000.

La mthode utilise dans le calcul des voiles est la mthode du modle sandwich expose dans le livre. Optimum Design of Reinforced Concrete Shells and Slabs by Troels Brondum-Nielsen, Technical University of Denmark, Report NR.R 1974 Aciers longitudinaux :

As long

NDeslong

max

s. f Y

Aciers horizontaux :max

NDeshori As Hori s. fY

EXEMPLE : Une fois que lanalyse est effectue , on choisira la fentre 2D suivante :

A partir du menu Display > Show Forces /Stresses > Shells

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On coche ASt2 pour afficher les aciers longitudinales avec la combinaison la plus dfavorable , puis on click sur OK .

Pour lire la valeur de ASt2 , on click sur la zone slectionne en noir sur le figure ci- dessus puis avec le bouton droit de la sourie pour avoir la valeur de ASt2 comme suit :

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La valeur de ASt2 est de 0,001714 m2 /m ,ce qui nous donne 17,14 cm2/m Remarque : la valeur lue est de 17,14 cm2 par 1m de longueur par nappe. La longueur du voile est 3,5m , donc ASt2 = 17,14x3,5 = 51,42 cm2 par nappe. De la mme faon on tire la valeur des aciers horizontaux ASt1.

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CIVISOFT FORMATIONSection Cuts : Pour avoir les efforts internes qui sollicitent le voile, on procdera de la faon suivante : On slectionne les deux appuis du voile et le voile .

Menu Assign > to Group, on aura une fentre et on click sur Add New Group pour avoir la fentre suivante :

On click sur ok pour valider la fentre . 30

CIVISOFT FORMATIONMenu Define > Section Cuts , on aura une fentre , puis on click sur Add Section Cut

On slectionne le groupe dfini prcdemment dans la zone indique en rouge ,et on click sur ok. A partir du menu Dispalay > Show tables

Remarque : il faut bien choisir la combinaison la plus dfavorable. Une fois que le tableau est valid , on aura les efforts suivants :

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I.17. Vrification du ferraillage laide des diagrammes dinteractions : On utilisera linterface graphique du logiciel SAP2000 Section Designer pour dessiner le voile avec son ferraillage comme illustr dans la figure ci-dessous.

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CIVISOFT FORMATIONLes valeurs potentielles de la section seront exportes vers le logiciel Excel pour tracer ,et vrifier le ferraillage . Les figures ci-dessous montrent que les efforts internes du voile sont lintrieur des courbes PM2 et PM3, donc le ferraillage calcul par la mthode sandwich est adquat.

Courbe dinteraction PM2 ( angle 15 et 195 )

Courbe dinteraction PM3 ( angle 15 et 195 )

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CIVISOFT FORMATIONExemple II. Modlisation dun treillis curviligne en acier :

II.1. Dfinition du model : Les units sont : (Kip, in , F) Pour crer le model , menu File > new model et on click sur Grid Only ,et on fait entrer les valeurs suivante :

Puis on click sur ok pou crer les lignes de grille. 35

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Menu Draw > Draw frame element , on selectionne Curved frame dans la zone indique en rouge ,et on click sur le premier point x=0 et z=72 , puis le deuxime point x=2000 et z=72.

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CIVISOFT FORMATIONPuis on aura la fentre suivante :

On click sur ok pour avoir la forme curviligne suivante :

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CIVISOFT FORMATIONOn refera la mme tape pour tracer la deuxime poutre curviligne , sauf pour cette fois ci les coordonnes de 3rd point sont : ( 1000,0,144 ) , et on aura la forme suivante :

Maintenant les deux poutres curvilignes sont modlises ,on dcochera la case invisible qui se trouve dans le menu Set Display Option .

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CIVISOFT FORMATIONUne fois que la case est dcoche on aura la figure suivante :

Une fois que les joints sont visible, on tracera les diagonales avec loutil du dessin pour avoir la forme montre dans la figure suivante :

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CIVISOFT FORMATIONII.2. Auto select lists. Auto select list est une liste de profils en acier prdfinis dans le menu Define> Frame Section . quand une Auto Select List est dfinie, on peut lassigne pour les poutres analyser ,et le programme choisira le profil le plus conomique et le plus adquat lors des vrifications de rsistance.

Dfinition dune Auto Select List : Menu Define > Section Properties > Frame sections , on aura une fentre, puis on click sur Imoprt New Property, et une fentre souvrira :

On click sur I/ Wide Flange , et on aura la fentre suivante:

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On slectionne dans la liste EURO .PRO les profils europens illustrs dans la figure suivante :

Une fois que la liste ci- dessus est ouverte, on slectionne les profils dfinir dans Auto Select List en laissant la touche ctrl du clavier enfonce pour pouvoir slectionner plusieurs profils la fois.

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On click sur Add New Property, et on aura la fentre suivante:

On click sur Auto Select List, puis on aura la fentre suivante :

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On slectionne les profils imports puis on click sur Add pour crer finalement la liste ,et on aura la fentre suivante :

On click sur ok pour valider la liste.

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CIVISOFT FORMATIONMenu Select > All

Menu Assign > Frame > Frame Sections , et aura la liste auto liste assigne pour tous les profils du treillis.

La figure ci-dessous nous montre les sections .

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CIVISOFT FORMATIONSi on zoom sur lun des profils, on vois que sest cris IPE240 (AUTO 1), et cela veut dire que lauto liste est assigne , et que le programme commencera lanalyse avec un IPE240. Notant que lappuis gauche est un appuis double, et que lappuis droit est un encastrement.

II.3.lanalyse. Menu Analyze > Set Analysis Option, et on aura la fentre suivante :

On click sur XZ Plane puis ok. Maintenant on peut lancer lanalyse. Une fois que lanalyse est faite , menu Design >Steel Frame Design > Wiew Revise Preference Et on aura la fentre suivante :

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On slectionne dans la ligne design code lEUROCODE 3-1993 , et les autres valeurs on les prendra par dfaut, et click sur ok. Puis menu Design comme illustr sur la figure ci-dessous, on lance les vrifications des profils.

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CIVISOFT FORMATIONUne fois que la vrification est termine ,on aura par la suite la figure suivante :

Remarque : A partir du menu Design > Verify Analysis vs Design Section , on aura la le message suivant :

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On click sur NON, puis on dcrochera la cadenas ,et on relancera lanalyse et les mmes oprations Jusqu ce quon aura le message suivant :

Une fois quon a eu le message ci-dessus , on click sur ok ,puis on click sur All dans le la barre doutil gauche , ensuite menu Design > Make Auto Select section Null , et on aura la fentre suivante :

On click sur ok et la vrification est termine.

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CIVISOFT FORMATIONExemple III Modlisation dun radier. III.1. Dfinition du model. Les units sont en (KN,m ,C) Menu File > New Model > Grid Only

On click sur ok ,et on aura les lignes de grilles suivantes:

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CIVISOFT FORMATIONIII.2. Dfinition de la section du radier : Menu Define > Section Properties >Area sections, puis on aura la fentre suivante :

Click sur Add New section, et on aura la fentre suivante :

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CIVISOFT FORMATIONPour dfinir le matriau bton , on click sur Material Name pour modifier le matriau 4000Psi prdfini dans le logiciel. Remarque : on laissera lutilisateur de dfinir les caractristiques de son bton .

III.3. Dessin des dalles du radier. On slectionne loutil du dessin rapide des dalles rectangulaires sur la barre doutil gauche de la fentre du SAP2000 puis on click sur lemplacement de la dalle du radier. on aura la fentre suivante :

Une fois que tout le radier est modlis, on aura la figure suivante :

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III.4. Chargement du radier. les efforts normaux engendrs par les poteaux sont : poteau central : N=14000 KN poteau de rive : N= 7000 KN

poteau dangle : N= 3500 KN on slectionne les joints 2 et 5 , puis menu Assign > Joint Loads > Forces

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CIVISOFT FORMATIONRemarque : pour afficher les numros des joints , on click sur licne suivante en haut dans la barre doutil de la fentre de SAP2000 ,et on coche Labels comme illustr ci- dessous :

Cest de cette faon quon introduira toutes les charges sur les joints. Pour afficher les charges introduites au niveau du radier , on procdera comme suit : Menu Display > Show Load Assign > Joint

On click sur OK, et on aura la figure suivante:

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III.5. Introduction du coefficient dlasticit du sol K ( kN /m3) Avant dintroduire le coefficient dlasticit du sol , il faut dabord diviser les dalles en petites dalles de 1m par 1m. A partir du menu Select > All Menu Edit > Edit Areas > Divide Areas..

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CIVISOFT FORMATIONOn click sur ok pour avoir la figure ci-dessous:

on click sur licne suivante

en haut dans la barre doutil de la fentre de SAP2000 .

Menu Select > All 55

CIVISOFT FORMATIONMenu Assign > Area > Areas Springs

Remarques: Le module dlasticit du sol est introduit sous forme dun ressort sur la face infrieure( Bottom) de chaque dalle de 1mx1m . Lorientation du ressort est vers le bas (-Z) Inward.

III.6. Lanalyse . 56

CIVISOFT FORMATIONMenu Analyze > Set Analys Option

On click sur XY Plane. On lance lanalyse : Une fois que lanalyse est effectue , on aura la figure suivante :

Pour afficher la rpartition des moments sur la radier ,on procdera comme suit : 57

CIVISOFT FORMATIONMenu Display > Show Forces /Stresses > Shells ..

On coche M11 , puis on click sur ok

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CIVISOFT FORMATIONRemarque : en posant le curseur sur le radier, on peut lire les valeurs des moments sur les diffrents nuds. Cest de la mme faon quon peut lire les valeur des moments M22 ainsi que les contraintes.

III.7. Section Cuts On click sur XY en haut pour afficher la fentre en plan Menu Draw > Draw Section Cut

On trace le niveau sur lequel on veut avoir les lallure des moments, et on aura la fentre suivante :

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CIVISOFT FORMATIONUne fois qu on a eu les valeurs des moments , on peut ferrailler notre radier laide du logiciel SOCOTEC , on prendra une section de largeur de 1m et de hauteur 1.30m ( lpaisseur du radier) Ou bien on peut ferrailler le radier par la mthode du model sandwich dcrite dans lexemple I.

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CIVISOFT FORMATIONBibliographie 1. 2. 3. 4. Modeling and optimized design of structures using SAP2000. Modeling and optimized design of structures using ETABS. ETABS concrete: from start to finish training manual. ETABS Steel: from start to finish training manual.

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