Approche probabiliste non gaussienne des charges statiques équivalentes des effets du vent en dynamique des structures à partir de mesures en soufflerie / Wafaa Kassir ; sous la direction de Christian Soize et de Jean-Vivien Heck et de Fabrice De Oliveira

Résumé / Abstract : Afin d'estimer les forces statiques équivalentes du vent, qui produisent les réponses quasi-statiques et dynamiques extrêmes dans les structures soumises au champ de pression instationnaire induit par les effets du vent, une nouvelle méthode probabiliste est proposée. Cette méthode permet de calculer les forces statiques équivalentes du vent pour les structures avec des écoulements aérodynamiques complexes telles que les toitures de stade, pour lesquelles le champ de pression n'est pas gaussien et pour lesquelles la réponse dynamique de la structure ne peut être simplement décrite en utilisant uniquement les premiers modes élastiques (mais nécessitent une bonne représentation des réponses quasi-statiques). Généralement, les mesures en soufflerie du champ de pression instationnaire appliqué à une structure dont la géométrie est complexe ne suffisent pas pour construire une estimation statistiquement convergée des valeurs extrêmes des réponses dynamiques de la structure. Une telle convergence est nécessaire pour l'estimation des forces statiques équivalentes afin de reproduire les réponses dynamiques extrêmes induites par les effets du vent en tenant compte de la non-gaussianité du champ de pression aléatoire instationnaire. Dans ce travail, (1) un générateur de réalisation du champ de pression instationnaire non gaussien est construit en utilisant les réalisations qui sont mesurées dans la soufflerie à couche limite turbulente; ce générateur basé sur une représentation en chaos polynomiaux permet de construire un grand nombre de réalisations indépendantes afin d'obtenir la convergence des statistiques des valeurs extrêmes des réponses dynamiques, (2) un modèle d'ordre réduit avec des termes d'accélération quasi-statique est construit et permet d'accélérer la convergence des réponses dynamiques de la structure en n'utilisant qu'un petit nombre de modes élastiques, (3) une nouvelle méthode probabiliste est proposée pour estimer les forces statiques équivalentes induites par les effets du vent sur des structures complexes décrites par des modèles éléments finis, en préservant le caractère non gaussien et sans introduire le concept d'enveloppes des réponses. L'approche proposée est validée expérimentalement avec une application relativement simple et elle est ensuite appliquée à une structure de toiture de stade pour laquelle des mesures expérimentales de pressions instationnaires ont été effectuées dans la soufflerie à couche limite turbulente

Résumé / Abstract : In order to estimate the equivalent static wind loads, which produce the extreme quasi-static and dynamical responses of structures submitted to random unsteady pressure field induced by the wind effects, a new probabilistic method is proposed. This method allows for computing the equivalent static wind loads for structures with complex aerodynamic flows such as stadium roofs, for which the pressure field is non-Gaussian, and for which the dynamical response of the structure cannot simply be described by using only the first elastic modes (but require a good representation of the quasi-static responses). Usually, the wind tunnel measurements of the unsteady pressure field applied to a structure with complex geometry are not sufficient for constructing a statistically converged estimation of the extreme values of the dynamical responses. Such a convergence is necessary for the estimation of the equivalent static loads in order to reproduce the extreme dynamical responses induced by the wind effects taking into account the non-Gaussianity of the random unsteady pressure field. In this work, (1) a generator of realizations of the non-Gaussian unsteady pressure field is constructed by using the realizations that are measured in the boundary layer wind tunnel; this generator based on a polynomial chaos representation allows for generating a large number of independent realizations in order to obtain the convergence of the extreme value statistics of the dynamical responses, (2) a reduced-order model with quasi-static acceleration terms is constructed, which allows for accelerating the convergence of the structural dynamical responses by using only a small number of elastic modes of the structure, (3) a novel probabilistic method is proposed for estimating the equivalent static wind loads induced by the wind effects on complex structures that are described by finite element models, preserving the non-Gaussian property and without introducing the concept of responses envelopes. The proposed approach is experimentally validated with a relatively simple application and is then applied to a stadium roof structure for which experimental measurements of unsteady pressures have been performed in boundary layer wind tunnel