Modélisation de l'impact de défauts dans les structures acier-béton. identification des défauts critiques par méta-modélisation et algorithmes d'optimisation // modeling the impact of defects in steel–concrete structures. identification of critical defect

Topic description

Pour faire face à des enjeux de constructibilité grandissant, les structures « acier-béton » (structures « steel – concrete » ou « SC ») deviennent une alternative prometteuse face aux structures classiques en béton armé. Ces éléments sont constitués d'un béton de remplissage, de deux plaques externes métalliques et de goujons en acier permettant d'assurer l'action composite. Si ces structures présentent un intérêt certain lié à leur comportement mécanique d'ensemble, la présence des plaques métalliques empêche un contrôle visuel de la qualité du bétonnage. Il apparaît donc essentiel de caractériser l'impact de défauts potentiels. C'est dans ce contexte que s'inscrit le sujet de thèse. Il s'agira, en s'appuyant sur des résultats récents du laboratoire, de proposer une démarche numérique de prise en compte des défauts dans les structures acier-béton. Le travail de thèse s'articulera en plusieurs étapes : validation d'une stratégie de modélisation du comportement mécanique de structures acier-béton sans défaut, introduction de défauts dans la simulation et évaluation de l'applicabilité de la stratégie numérique, construction d'un métamodèle et analyse de sensibilité et définition de la (ou des) configuration(s) de défauts critiques par algorithmes d'optimisation. L'un des objectifs opérationnels de la thèse est de disposer d'un outil permettant de déterminer les configurations de défauts critiques (taille, position et nombre) en lien avec un objectif fixé sur une quantité d'intérêt donnée (perte de résistance ou de rigidité moyenne par exemple). Ce travail s'appuiera donc sur l'utilisation et le développement d'outils numériques à l'état de l'art, dans les domaines de la modélisation par éléments finis, des techniques d'optimisation, d'analyse de sensibilité et d'optimisation.
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To meet growing constructability challenges, steel–concrete (SC) structures are emerging as a promising alternative to conventional reinforced concrete structures. These elements are composed of infill concrete, two external steel plates, and steel shear studs that ensure composite action. While such structures present a clear interest due to their overall mechanical behavior, the presence of the steel plates prevents visual inspection of the concrete casting quality. It is therefore essential to characterize the impact of possible defects. This is the context of the proposed PhD research. Building upon recent results obtained in the laboratory, the goal is to develop a numerical framework to account for defects in steel–concrete structures. The thesis will be structured in several stages: validation of a modeling strategy for the mechanical behavior of defect-free SC structures, introduction of defects in the simulations and assessment of the applicability of the numerical approach, development of a metamodel and sensitivity analysis, and identification of critical defect configurations through optimization algorithms. One of the operational objectives of this doctoral work is to provide a tool capable of identifying critical defect configurations (size, position, and number) with respect to a given target quantity of interest (such as loss of strength or reduction in average stiffness). The research will therefore rely on the use and further development of state-of-the-art numerical tools in the fields of finite element modeling, optimization techniques, sensitivity analysis, and metamodeling.
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Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Public/private mixed funding

Funding further details

Financement du CEA - CTBU (Contrat de thèse sur budget unité)*