Numerical Investigation Of Structural Responses Impacted By Flood Flow

«RÉSUMÉ: Les inondations sont reconnues comme l’une des catastrophes naturelles les plus fréquentes et destructrices à l’échelle mondiale. Leur gravité est exacerbée par les effets du changement climatique (augmentation des précipitations) et de la construction humaine (réduction de la capacité naturelle à absorber l’eau). Les structures construites dans des zones sujettes à l’eau, telles que les ponts et les barrages, sont généralement vulnérables aux événements d’inondation sévères. Pour les problèmes impliquant de l’eau fluide, les chercheurs en hydraulique supposent généralement que les structures sont "infinitement" rigides et utilisent des limites de paroi imperméables pour représenter les structures dans les modèles numériques. Cependant, les structures se déformeront, vibreront et pourraient même être endommagées lors d’un événement d’inondation sévère. Du point de vue d’un ingénieur structurel, il est important d’incorporer la flexibilité structurelle dans l’analyse de l’interaction fluide-structure (FSI). Étant donné que la taille du domaine fluide est significativement plus grande que celle des structures, un grand nombre d’éléments est généré, rendant l’analyse FSI chronophage, surtout pour les cas avec un canal 3D long et des maillages raffinés. Par conséquent, une méthode de modélisation simplifiée efficace et précise est nécessaire. De plus, le comportement hydrodynamique des structures telles que le pont dans un cours d’eau et la structure du barrage à l’extrémité d’un canal partiellement recouvert de glace n’est pas bien connu. Pour aborder ce problème, cette recherche a examiné numériquement les réponses structurelles avec l’impact de l’écoulement des inondations en tenant compte de la flexibilité structurelle, en se concentrant sur l’interaction dynamique entre l’eau fluide et les structures solides, les effets 3D des fluides et des structures, le glissement des structures (par exemple, le glissement du tablier du pont), et la présence d’une couverture de glace partielle positionnée au sommet de l’eau dans un canal.»

Abstract

«ABSTRACT: Floods are recognized as one of the most frequent and destructive natural disasters globally. Their severity is exacerbated by the effects of climate change (increased precipitation) and human construction (reduced natural capacity to absorb water). Structures built in waterprone areas, such as bridges and dams, are usually vulnerable to severe flood events. For problems involving fluid water, hydraulic researchers commonly assume that structures are "infinitely" rigid and use impervious wall boundaries to present the structures in numerical models. However, structures will deform, vibrate, and even be damaged during a severe flood event. From a structural engineer’s perspective, it is important to incorporate structural flexibility into the fluid-structure interaction (FSI) analysis. Because the size of the fluid domain is significantly larger than that of the structures, a large set of elements is generated, making the FSI analysis time-consuming, especially for cases with a long 3D channel and refined meshes. As a result, an efficient and accurate simplified modeling method is needed. Also, the hydrodynamic behavior of structures such as the bridge in a stream and the dam structure at the end of a partially ice-covered channel is not well known. To address this problem, this research numerically investigated the structural responses with the impact of flood flow considering the structural flexibility, focusing on the dynamic interaction between fluid water and solid structures, the 3D effects of fluid and structures, the sliding of structures (e.g. sliding of bridge deck), and the presence of partial ice cover positioned at the top of the water in a channel.»