Three-Dimensional Nonlinear Seismic Analysis of Gravity Dams Using a Novel Macro Shear Key Element in Contraction Joints

«RÉSUMÉ: Les barrages-poids en béton sont des structures très importantes pour la production d’énergie hydroélectrique, l’irrigation, l’approvisionnement en eau, la prévention des inondations, entre autres fonctions. Cependant, de nombreux barrages ont été conçus à l’aide de codes sismiques désuets et nécessitent maintenant des réévaluations ou des remises en état de la sûreté. Les clés de cisaillement des joints de contraction ont été incluses dans plusieurs de ces barrages et peuvent fournir une résistance au cisaillement supplémentaire qui n’a peut-être pas été prise en compte lors de la conception. Typiquement, la capacité des clés de cisaillement est évaluée comme la somme du frottement et de la cohésion qui peut être mobilisée à travers un plan situé à la base des clés. Numériquement, les joints de contraction avec clés de cisaillement sont généralement modélisés à l’aide d’un critère de défaillance de Mohr-Coulomb. Cependant, on n’accorde pas beaucoup d’attention à l’adoucissement non linéaire des clés de cisaillement, à l’effet de la charge multiaxiale sur les clés de cisaillement, à la possibilité d’une ouverture initiale du joint, à l’effet d’échelle avec plusieurs clés le long du joint ou à l’effet de la pénétration de l’eau dans les joints de contraction lors d’une excitation sismique. Dans cette thèse, les lacunes des méthodes traditionnelles pour considérer les clés de cisaillement dans les joints de contraction de barrage-poids sont abordées en effectuant d’abord des analyses paramétriques non linéaires par éléments finis sur des modèles numériques détaillés de clés de cisaillement. Des enveloppes de défaillance pour l’interaction entre la pression de confinement, le cisaillement et le moment de flexion et pour l’interaction entre la pression de confinement, le cisaillement et la torsion à la clé de cisaillement sont obtenues. Ensuite, un nouvel élément de joint macroscopique pour les clés de cisaillement (Macro Shear Key Joint Element en anglais - MSKJE) est développé et implémenté dans le logiciel LS-Dyna. Cet élément est calibré sur les données obtenues à partir des analyses paramétriques. Le MSKJE reproduit avec précision la réponse charge-déplacement monotonique et cyclique des modèles numériques détaillés de clé de cisaillement tout en réduisant considérablement le coût de calcul. Cela permet de modéliser les clés de cisaillement dans les joints de contraction d’un modèle complet d’éléments finis de barrage sans rencontrer de problèmes de concentration de contraintes aux coins des clés de cisaillement ou un temps de calcul extrêmement élevé en raison de maillages très fins.»