Scia User Contest 2002 - page 9

Votre projet:
Description du projet
Expo.02
est
une
exposition
nationale
qui
se tient
actuellement en Suisse durant l'été 2002. Les expositions sont
réparties sur 4 sites différents.
A
Neuchâtel, 3 structures
appelées "galets" ont été construits sur le lac.
Les galets sont des structures gonflables tendues sur un
caisson
métallique périphérique supporté par des piliers
métalliques fondés sur des pieux. Le caisson de 1.8x2.4m
repose sur 19 piliers ROR 470, espacés d'environ 10
m et
contreventés par des croix métalliques. Vu en plan, le galet
n°2 forme un "patatoïde" d'environ 70x55m
Le "ballon" est formé de 2
membranes d'1mm d'épaisseur
(type IV) à l'intérieur desquelles est soufflé de l'air à l'aide de
ventilateurs. Ceux-ci
maintiennent en temps normal une
pression intérieure de 250 Pa. En cas de fort vent, la pression
monte automatiquement à 400 Pa pour augmenter la rigidité
et la résistance. Deux systèmes de sécurité empêchent la
pression de monter au-delà de 550 Pa.
Description du mandat BG
Pendant la construction des expositions, le galet n°2 s'est
déchiré et BG a été mandaté comme expert pour déterminer
la cause du sinistre et suivre les travaux de réparation.
Analyse des causes du sinistre
Il a très vite été évident que la membrane inférieure s'était
déchirée au contact avec la tête d'un échafaudage qui avait
été installé sous le galet.
Par contre, il est indiscutable que cet échafaudage fautif ne
s'est pas déplacé vers la membrane. C'est donc la membrane
qui s'est déplacée vers l'échafaudage.
Plusieurs hypothèses se sont présentées:
contact lors du gonflage automatique de 250 à 400 Pa
effet Venturi du vent entre la membrane et un des pavillons
d'exposition qui forment une sorte d'entonnoir
problème électromécanique et sur gonflage important
L'élément primordial de l'expertise était donc de voir:
s'il y avait pu avoir contact entre la
membrane et
l'échafaudage à 400 Pa
sinon, quelle pression intérieure est nécessaire pour établir
ce contact, en fonction de la vitesse et de la direction du
vent
si
un
effet
Venturi
aurait
pu
attirer la
membrane
suffisamment vers l'échafaudage pour qu'il y ait contact
quelle surpression était encore nécessaire, une fois le
contact établi pour perforer la membrane.
Pour répondre à ces questions, nous avons utilisé ESA-Prima
Win avec succès.
Utilisation de ESA-Prima Win
Nous avons utilisé 2 sortes de modèles:
un
modèle de câbles non-linéaires pour déterminer la
déformation globale en fonction de la pression
un modèle de membranes pour déterminer la surpression
de poinçonnement
Modèle global
Etant donné la géométrie "patatoïde" et le comportement
anisotrope des membranes, celles-ci ont été modélisées selon
un réseau de câbles de rigidité EA, orientés selon les fibres du
matériau (chaîne et trame).
La forme initiale des
membranes a été calée sur les
dimensions des plans de confection ainsi que sur les mesures
initiales du géomètre. A partir de là, les déformations du
ballon
trouvées
par
calcul
non-linéaire
en
grands
déplacements. ESA-Prima
Win s'est avéré très performant
pour ce type de calcul complexe.
Sur base de calculs avec différentes pressions intérieures et
différentes conditions de vent, nous avons pu dresser le
tableau suivant et en tirer l'évolution de la distance entre la
membrane et l'échafaudage fautif. Ces résultats de calculs ont
pu être confirmés par des mesures de niveaux sur place après
réparation du galet.
Il en ressort que pour le vent mesuré au moment du sinistre,
la pression à l'intérieur du galet a du être supérieure à 1000
Pa
pour
qu'il
y
ait
contact
entre la
membrane
et
l'échafaudage.
Nous avons ensuite vérifié l'effet d'un
Venturi sur la
déformation en augmentant la pression au-dessus du
bâtiment formant "entonnoir". Il en est ressorti qu'il
n'est pas
possible d'imaginer un Venturi créant le contact, car lors du
contact, les dépressions nécessaires correspondent à des
vitesses d'air trop élevées qui, de plus, créeraient une
surpression en sens inverse qui éloigneraient la membrane de
l'échafaudage. Ces résultats ont également été confirmés par
des mesures sur place après réparation du galet.
Modèle local
Afin de déterminer la surpression nécessaire à perforer la
membrane, une fois le contact établi, nous avons modélisé la
membrane ainsi que le tube de l'échafaudage incliné selon
son orientation réelle par rapport à la membrane.
Un calcul non-linéaire nous a permis de déterminer qu'il fallait
une surpression de 100 Pa pour perforer la membrane. La
répartition des contraintes autour du tube de l'échafaudage
ressemble parfaitement à la forme de la déchirure de la
membrane observée sur place après le sinistre.
Conclusions
Etant donné l'aspect encore semi-confidentiel de l'expertise,
nous n'entrerons pas en détail dans les conclusions des
causes du sinistre, ce qui est de toute façon secondaire pour
ce contest.
En résumé, ESA-Prima Win s'est avéré très efficace pour cette
expertise et nous a permis de prouver la cause du sinistre. Les
résultats des divers calculs non-linéaires se sont ensuite
révélés précis lorsque plus tard,
nous avons eu l'occasion de
les comparer avec des mesures sur place effectuées sur le
galet réparé.
Motivation of the jury
Technical level of the design & the calculations:
A combination of 2nd order
membrane structure, non-
linear cables
& "Tension
only" elements. Further a
reconstruction of the load case that damaged the structure.
Originality and prestige:
Large inflatable load carrying structure.
Attractive & complete presentation:
Clear and concise presentation with all info needed. A
Concise report on a complicated technical problem.
Optimal use of the functionalities:
Correct & inventive use of the punching theory.
7
SCIA User Contest Catalog
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