Etude numérique sur les éléments de section circulaire RC existants soumis à une collision à impact inégal

May 25, 2024

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 14793 (2022) Citer cet article

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Les accidents de la route et les incidents liés aux déraillements de trains se sont produits plus souvent que jamais ces dernières années, entraînant des dommages économiques et des pertes. Les constructions en béton armé (RC) impliquent souvent des accidents de trains et de véhicules qui déraillent. De telles collisions latérales ont rarement été étudiées dans des études antérieures. Pour ce faire, des modèles d'éléments finis (EF) basés sur une simulation haute fidélité sont créés dans cet article pour simuler avec précision la collision d'éléments RC circulaires avec un train déraillé. La structure en béton armé est courante dans les gares ferroviaires à grande vitesse. L'énergie d'impact du corps d'impact est importante, provoquant la rupture des éléments structurels. Il analyse le comportement dynamique des éléments en béton armé soumis à des charges d'impact de portée inégale. Les implémentations numériques des problèmes d'impact sont discutées du point de vue des propriétés géométriques, de contact et des matériaux. La fiabilité et la précision du code ABAQUS pour résoudre les problèmes d'impact sont vérifiées en comparant les résultats expérimentaux des modes de défaillance, de l'impact et de l'historique des temps de déviation. En analysant les caractéristiques de réponse à l'impact, nous avons utilisé les variables de contrôle pour étudier le processus et le mode de défaillance (y compris les caractéristiques des forces d'impact et de réaction, la courbe historique du temps de déflexion, la courbe force d'impact-déflexion et la courbe force de réaction-déflexion des roulements). Le taux de renforcement, la vitesse d'impact, la résistance du béton et le rapport d'élancement affectent de manière significative la configuration et le développement des fissures de cisaillement. Les changements dans la vitesse d'impact et le rapport d'élancement affectent également les modes de rupture des éléments.

Les structures en béton armé sont susceptibles d'être soumises à des impacts en cas d'utilisation normale ou de catastrophes naturelles, telles que l'impact de divers véhicules sur les piliers des viaducs urbains et des ponts piétonniers, l'impact sur les colonnes des parkings intérieurs, l'impact des navires sur les piliers des ponts, les infrastructures des quais, et un train a déraillé dans le bâtiment de la station de métro également. Ces impacts entraînent parfois non seulement des dommages locaux à la structure, mais peuvent même provoquer l'effondrement de l'ensemble du bâtiment, entraînant des pertes humaines et économiques incalculables. Les structures en béton armé seront fréquemment soumises à des charges soudaines telles que des impacts, des tremblements de terre et des explosions au cours de leur durée de vie.

La résistance, la déformation, l'élasticité et l'effet de confinement sont influencés par les changements dans la section transversale, le renforcement et le rapport largeur/épaisseur des éléments soumis aux charges d'impact latéral1,2,3,4. Des recherches ont été menées sur ces facteurs dans la littérature antérieure. Les effets des paramètres de forme géométrique (sections circulaires, hexagonales, rectangulaires et carrées)5,6,7,8,9 sur les propriétés matérielles des tubes en acier creux et des éprouvettes CFST soumises à des essais de compression axiale ont été étudiés10,11,12. ,13,14,15,16. Les résultats ont montré que les éprouvettes circulaires constituent les échantillons idéaux en termes de valeurs de contrainte axiale et de ductilité.

Hu et al.17 ont étudié les effets de confinement de colonnes tubulaires en acier remplies de béton sous compression axiale en raison du changement de forme de section. Le tube d'acier circulaire a un effet de confinement sur le béton plus important que la section carrée. Il est moins sujet au flambement local, en particulier lorsque le rapport largeur/épaisseur de la section transversale est relativement faible. On peut constater que les poteaux creux en béton armé ayant la même section transversale sont moins sujets à la torsion que les poteaux pleins en béton armé en raison de leur rigidité en torsion relativement importante. La stabilité structurelle peut être efficacement améliorée lorsqu’elle est soumise à des charges externes18.

Pendant ce temps, les colonnes en béton armé de forme spéciale pourraient généralement répondre aux exigences des fonctions du bâtiment. Les modes de rupture des éléments en béton armé sous impact latéral sont très différents. Le mode de rupture des poutres en béton armé passe progressivement de la rupture par flexion à la rupture par cisaillement à mesure que la vitesse d'impact augmente19,20,21, des fissures diagonales particulièrement sévères générées et des ruptures par poinçonnement se formeront à l'emplacement d'impact au milieu de l'éprouvette avec une courte durée. moment où il subit un impact à grande vitesse22,23.