Développement et implémentation d’un protocole automatique de conduite d’essais hybrides de résistance au feu - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Development and implementation of an automatic methodology for hybrid fire testing

Développement et implémentation d’un protocole automatique de conduite d’essais hybrides de résistance au feu

Résumé

Conventional fire resistance tests of building elements adopt mechanical boundaryconditions designed to be conservative, which in some cases lead to results which maybe unfavorable for the tested element. To overcome this problem, the solution would beto carry out tests on entire structures, but the great difficulty of implementation associatedwith their prohibitive costs make them extremely rare. In this context, the approach knownas of «sub-structuring», or «hybrid tests», appears as a relevant solution. The idea is to definethe boundary conditions applied to the structural element by the real-time resolutionof a numerical model of the surrounding structure. Thus, only a part of the total structureis tested experimentally (physical substructure) while the total behavior of the remaining ofthe structure is apprehended numerically (numerical substructure). Developed in the early1970s and commonly used in the context of earthquake resistance testing of structures, thistechnique could not be directly applied to fire resistance testing. Hybrid fire tests are still atthe research stage today and there is no known reliable and efficient method for carryingthem out. The objective of this thesis is to enable the effective use of this technique withinthe fire resistance testing laboratory of the CERIB. To achieve this goal, a general theoreticalframework is formalized, which allows the development of a test procedure applicableto any type of structure and taking into account the experimental constraints inherent ofa fire test laboratory. Indeed, the techniques used until now required very high precisionin the measurement of displacements, which is no longer necessary thanks to the newprocedure proposed. It has the other advantage of no longer requiring an estimate of thestiffness of the tested element. The estimation of these parameters which are difficult toacquire and which are subject to strong variations during the test is therefore not required.This procedure is then validated numerically, thanks to the development of an hybrid firetest simulation platform. The relevance of the proposed technique is thus demonstratedthrough the simulation of two representative test cases. Putting this procedure into practicerequires its implementation within the experimental set-up. It is carried out thanksto the development of an hybrid test driving program, able to interface with the existingdevices of the laboratory. This implementation as well as the theoretical developments arethen put to the test, with simple tests at room temperature. Finally, to validate these developments,an hybrid fire test with 3 degrees of freedom and at full scale is designed andimplemented. The element actually tested is a reinforced concrete beam and the surroundingstructure is modeled in real time by the SAFIR finite element software. During this test,the performance of the procedure proved to be satisfactory, enabling a better reproductionof the overall mechanical behavior of the beam taken in its surrounding structure comparedto a conventional test. These results demonstrate a real potential and interest of carryingout hybrid fire resistance tests, which may accompany the evolution of fire engineering inthe coming years.
Les essais de résistance au feu conventionnels des éléments de constructionadoptent des conditions aux limites mécaniques conçues pour être conservatives, ce quidans certains cas conduit à des résultats pouvant être exagérément défavorables pour l’élémenttesté. Pour pallier ce problème, la solution serait d’effectuer des essais sur des structuresentières mais la grande difficulté de mise en oeuvre associée à leurs coûts prohibitifs lesrendent extrêmement rares. Dans ce contexte, l’approche dite de «sous-structuration», ou«essais hybrides», apparaît comme une solution pertinente. L’idée est de définir ces conditionslimites appliquées à un élément de structure par la résolution en temps réel d’un modèlenumérique modélisant le comportement de l’ouvrage environnant. Ainsi seule une partiede l’ouvrage global est testée expérimentalement (sous-structure physique) tandis que lecomportement global du reste de l’ouvrage est appréhendé numériquement (sous-structurenumérique). Développée dès le début des années 1970 et depuis couramment utilisée dansle contexte des essais de résistance aux séismes des structures, cette technique n’a pas puêtre directement appliquée aux essais de résistance au feu. Les essais hybrides de résistanceau feu en sont toujours aujourd’hui au stade de la recherche et il n’existe aucune méthode réputéefiable et efficace pour les réaliser. Ces travaux de thèse ont pour objectif de permettrel’utilisation effective de cette technique au sein du laboratoire d’essai de résistance au feudu CERIB. Pour atteindre ce but, un cadre théorique général est formalisé, qui permet ledéveloppement d’une procédure d’essai applicable à tout type de structure et prenant encompte les contraintes expérimentales inhérentes à un laboratoire d’essai au feu. En effet,les techniques utilisées jusqu’alors nécessitaient une très grande précision dans la mesuredes déplacements, qui n’est plus nécessaire grâce à la nouvelle procédure proposée. Elleprésente l’autre avantage de ne plus nécessiter l’estimation de la raideur de l’élément testé.L’estimation de ces paramètres difficiles à acquérir et sujets à de fortes variations au cours del’essai n’est donc pas requise. Cette procédure est par la suite validée numériquement, grâceau développement d’une plateforme de simulation d’essai hybride. La pertinence de la techniqueproposée est ainsi démontrée à travers la simulation de deux cas test représentatifs.La mise en pratique de cette procédure nécessite son implémentation au sein du dispositifexpérimental. Elle est réalisée grâce au développement d’un programme de conduite d’essaihybride, à même de s’interfacer avec les dispositifs existants du laboratoire. Cette implémentationainsi que les développements théoriques sont alors mis à l’épreuve avec la réalisationde tests simples à température ambiante. Enfin, pour valider ces développements, un essaihybride à 3 degrés de liberté et à pleine échelle est conçu et mis en oeuvre. L’élément réellementtesté est une poutre en béton armé et la structure environnante est modélisée en tempsréel par le logiciel de calcul aux éléments finis SAFIR. Lors de cet essai, les performances dela procédure se sont avérées satisfaisantes et ont permis de mieux reproduire le comportementmécanique global de la poutre prise dans l’ensemble de sa structure environnante encomparaison avec un essai conventionnel. Ces résultats démontrent le réel potentiel et intérêtde la réalisation d’essais de résistance au feu hybrides, pouvant accompagner l’évolutionde l’ingénierie incendie des prochaines années.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03607733 , version 1 (14-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03607733 , version 1

Citer

Silvio Renard. Développement et implémentation d’un protocole automatique de conduite d’essais hybrides de résistance au feu. Mécanique [physics]. Université de Bordeaux, 2021. Français. ⟨NNT : 2021BORD0137⟩. ⟨tel-03607733⟩
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