Explicit dynamic approach with the CD-Lagrange algorithm for the study of pounding between buildings under seismic loading
Approche dynamique explicite avec le schéma CD-Lagrange pour l'étude de l'entrechoquement entre bâtiments sous séisme
Abstract
Civil engineering structures in a seismic zone are provided with para-seismic joints, intended to avoid collision between buildings during an earthquake. The para-seismic joint design is based on the displacements of the buildings subjected to a standard earthquake amplitude. In the context of probabilistic safety studies, the consideration of extreme scenarios, particularly seismic, beyond the regulatory reference, leads to questions about the consequences of possible collisions between adjacent buildings. In particular, the nuclear industry wishes to evaluate the consequences of an earthquake beyond the reference standard for relatively close buildings that could collide for such levels of aggression. The mechanical stresses resulting from collisions between adjacent buildings are characterized by a high frequency content, that could disturb the functionality of certain nuclear power plant equipment such as electrical cabinets. Therefore, the objective of this work is to characterize the seismic excitation at the base of the equipment point by reproducing the impact/contact phenomena between adjacent buildings as well as the propagation of high frequency waves in the structure, up to the equipment anchorage point over a wide frequency band up to 400 Hz via response spectra. The finite element method (FEM) for spatial discretization is adopted, with explicit time integration of the equation of motion. For the contact/impact handling, the CD-Lagrange explicit time integration scheme is used, which has been shown to be efficient and robust for non-smooth dynamic problems with a large number of impacts.
Les structures du génie civil exposées au risque sismique sont pourvues de joints de parasismiques, destinés à éviter la collision entre les bâtiments au cours d'un séisme. Le dimensionnement du joint parasismique est établi en évaluant les déplacements des bâtiments soumis à une action sismique de référence. Dans le cadre d'études probabilistes de sûreté, la prise en considération de scénario d'agressions extrêmes, notamment sismiques, au-delà du référentiel réglementaire, conduit à s'interroger sur les conséquences d'éventuels entrechoquements entre les bâtiments adjacents. Notamment, l'industrie nucléaire souhaite évaluer les conséquences d'un séisme au-delà du référentiel pour les bâtiments existants caractérisés par une distance de séparation qui ne permettrait pas d'éviter un entrechoquement pour ce niveau d'agression. Les sollicitations mécaniques provenant des entrechoquements entre bâtiments adjacents sont caractérisées par un haut contenu fréquentiel, susceptible de perturber la fonctionnalité de certains équipements des centrales nucléaires comme les armoires électriques. Par conséquent, l'objectif des travaux de recherche est de caractériser au mieux l'excitation sismique au point d'ancrage des équipements en reproduisant le phénomène d'impact/contact entre les bâtiments adjacents ainsi que la propagation des ondes hautes fréquences dans la structure, jusqu'au point d'ancrage de l'équipement sur une large bande de fréquences allant jusqu'à 400 Hz via des spectres de réponse. La méthode aux éléments finis (FEM) pour la discrétisation spatiale est adoptée, avec une intégration temporelle explicite des équations du mouvement. Pour le traitement du contact/impact, on utilise le schéma d'intégration temporelle explicite CD-Lagrange, qui a démontré sa performance et sa robustesse pour des problèmes de dynamique non-régulière comportant un grand nombre d’impacts.
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