IV.2) Etapes de modélisations :
IV.2.1) Première étape :
La première étape consiste à spécifier la géométrie de la structure à modéliser.
a) Choix des unités :
on doit choisir un système d'unités pour la saisie de données dans SAP2000. Au bas de l'écran, on sélectionne KN-m comme unités de base pour les forces et déplacements :
b) Géométrie de base :
Dans le menu déroulant en haut de l'écran on sélectionne File puis New model from template. Cette option permet de créer rapidement un modèle "régulier", en utilisant des exemples de structures prédéfinis dans la base de données
Pour une construction en Auto-Stable, on choisit la deuxième icône dans la deuxième ligne, dans la boite de dialogue qui apparaît on aura à spécifier :
le nombre de niveaux y compris le RDC
( Number of stories )
-Nombre de travées dans le sens de X
(Number of bays along X )
-Nombre de travées dans le sens de Y
(Number of bays along Y )
-Hauteur d'étage ( Story Height )
-Longueur de travée dans le sens de X
(Bay width along X) (Entre axes)
-Longueur de travée dans le sens de Y
(Bay width along Y) (Entre axes)
Remarque:
Dans cette étape nous ne pouvons introduire qu'une seule hauteur d'étage et une seule longueur de travée dans chaque sens or qu'en pratique c'est un cas qui est très rare, mais nous pouvons ajuster à la suite les hauteurs et longueurs. Il est préférable d'introduire les plus petites longueurs et hauteur à cause de certaines défaillances qui peuvent parvenir.
Après validation de l'exemple on aura automatiquement deux fenêtres d’affichage la structure,
une à 3D et une autre à 2D suivant l'un des plans : XY, XZ ou YZ, nous pouvons augmenter le nombre de fenêtres jusqu'à 4 et cela en passant par le menu déroulant : Option – Windows et nous pouvons changer de vue à l’aide des quatre icônes qui se trouvent dans la barre d’outil en haut de l’écran :
Dans chacune des fenêtres on aura une vue de la structure et une grille.
c) Modification de la géométrie de base :
Le SAP place automatiquement le repère au centre de la structure mais nous pouvons le déplacer en sélectionnant tout et en cliquant sur ALL dans la barre d'outil flottante (Ctrl+A).
Nous sélectionnons Move dans Edit du menu déroulant (Ctrl+M) , dans la boite de dialogue qui apparaît il faut introduire de combien est le déplacement dans les 3 sens (X,Y et Z)
Pour connaître de combien est le déplacement dans le sens X et Y : cliquer avec le bouton droit de la sourie sur le nœud extrême en haut à gauche de l’écran et on aura ses coordonnés qui vont correspondre au déplacement positif de la structure suivant les deux axes -
Pour modifier les hauteurs et les longueurs il faut que pour chaque élément correspond une ligne de grille, pour cela nous traçons une nouvelle grille ; en double cliquant sur n'import quelle grille ou en passant par : Draw – Edit Grid (Shift+F7); on aura une boite de dialogue :
- Cocher l'axe dans le quel on veut créer la grille
et introduire les coordonnées des lignes ensuite cliquer
sur : Add Grid Line
Pour effacer une ligne: Sélectionner -Delete Grid Line
Pour tout effacer : Delete All
Pour faire changer la hauteur d'étage ou les longueurs
de travée :
- Sélectionner la ligne correspondante au nœud à faire
bouger et écrire sa nouvelle coordonnée
- Cocher la dernière case en bat de la boite :
Glue Joint to Grid line (coller le nœud à la ligne
de grille ).
- Cliquer sur Move Grid line
- Enfin on valide avec OK
IV.2.2) Deuxième étape :
La deuxième étape consiste à spécifier les propriétés des membrures pour la structure à modéliser
a) Choix des sections :
Il existe une multitude de sections prédéfinies dans SAP2000. Il est possible, par exemple, de choisir parmi une longue liste de profilés en acier qui contient toutes les informations pour une section donnée. Pour les constructions en béton armé comme les sections ne sont pas "standard", il faut d'abord définir de nouvelles propriétés de sections pour les poutres et poteaux. Il faut ensuite les assigner aux éléments correspondants.
b) Définition des sections
Dans le menu déroulant choisir :
Define puis Frame sections
Comme nos sections sont rectangulaires on choisit
dans la liste d'ajout de section : Add Rectangular
(dans la deuxième liste à droite de la boite) .
La boite de dialogue suivante permet de
définir la géométrie de la section :
- Nom de la section :
Section Name
- Choisir dans la liste des matériaux
Concrete qui veut dire Béton :
Material – CONC
- Hauteur: Depth
- Largeur: width
nous validons avec OK, et on refait la même opération jusqu'à définir toutes les sections
c) Affectation des sections aux éléments des portiques :
Pour affecter les sections précédentes aux différents éléments :
- Sélectionner les éléments de même section en cliquant dessus avec la sourie ou en utilisant l'outil de sélection rapide dans la barre d'outil flottante qui permet de sélectionner plusieurs élément à la fois en traçant une droite avec la sourie
- Dans la barre d'outils nous cliquons sur ou Assign - Frame - Sections
- On aura une boite de dialogue qui est celle de Define Frame Sections et dans la liste titré par Frame section – Name : on choisit la section approprié aux éléments
sélectionnés et on valide avec OK . On refait le même travail jusqu'à dimensionner tous les éléments de l'ossature.
On peut ajouter un ou plusieurs éléments pour la structure en les traçant :
- Cliquer sur ensuite sur une ligne de grille et un nouveau élément sera tracé entre deux croisements de lignes successifs horizontalement ou verticalement ça dépend de la ligne visée (un seul clique suffira pour le tracer).
- Pour tracer librement l'élément on choisit et on clique sur le point de départ ensuite sur le point final il faut seulement que ces points soient des croisements de lignes.
NB : pour se déplacer d'un niveau à un autre ou d'un portique à un autre on utilise les flèches qui se trouvent dans la barre d'outils
Voiles:
Define – Shell Sections
Cliquer sur Add New Section, une nouvelle
Fenêtre va apparaître; là ou il faut
Introduire un nom pour la section du
Voile et son épaisseur.
Pour rajouter des voiles :
- Cliquer sur et cliquer entre les
lignes de la grille et le voile aura
comme limite deux lignes successives
verticales et deux horizontales dans la
fenêtre de travail
- Pour tracer le voile librement on choisit.
- Pour affecter Shell Sections au voile : sélectionner le voile et cliquer sur
et choisir la section correspondante dans la liste de Define Shell Sections.
Remarque :
Quand la structure n’est pas régulière en plan et qu’elle dispose de beaucoup de décrochement il vaut mieux créer un modèle à un seul plancher et lui faire les modification nécessaire ensuite le copier pour faire les autres niveaux pour cela SAP 2000 nous offre des Outils de travail très performant tel que : miroir, duplication linéaire et polaire, copier ..
Après sélection: Edit – Replicate (Ctrl+R) .
Comme indiqué sur la figure suivante, dans le cas
ou on veux faire des copies linéaires, on a qu’à
introduire les distances entre les éléments
sélectionnés et ceux à créer (x,y,z) et le nombre
de copies à faire,pour une structure à 7 niveaux:
- Après avoir créer et modifier le premier niveau,
on sélectionne Tout Edit – Replicate (Ctrl+R)
- Pour x et y c'est zéro et pour z c'est la hauteur
d'étage et mettre 6 pour Number → OK
IV.2.3)Troisième étape :
La troisième étape consiste à spécifier les conditions limites (appuis, etc.) pour la structure à modéliser.
a) Appuis : (restraints)
- Sélectionner les noeuds de la base dans la fenêtre X-Y, en dessinant une fenêtre à
l'aide de la souris.
- On attribue des appuis (restraints) avec le menu Assign, puis Joint (noeuds)
et Restraints., ou en cliquant sur
- Cliquer sur l'icône qui représente un encastrement dans
la fenêtre qui apparaît (encastrement à la base des
portiques pour les structures en B.A)
- Ce menu peut être utilisé pour attribuer n'importe quelle combinaison
de degrés de liberté à un nœud quelconque
- Pour les autres nœud :
- Translation dans le sens de X (libérer Translation 1), (décoché)
- Translation dans le sens de Y (libérer Translation2), (décoché)
- Rotation autour de Z (Libérer Rotation about 3), (décoché)
- Pas de Translation dans le sens de Z, pas de rotation autour Y et X (Bloquer
Translation 3, Rotation about 1 et Rotation about 2) , (cochés)
b) Nœuds Maîtres :
La masse des planchers est supposée concentrées en leurs centres de masse qui sont désignés par la notation de Nœuds Maîtres.
- Pour créer ces Nœuds on doit impérativement tracer deux lignes de grille ; une parallèle à X et une autre à Y de tel sorte que leur croisement correspond au centre de masse du plancher, et cela pour tous les planchers
Dans la barre d'outil flottante on clique sur ensuite on clique avec la sourie sur le croisement des lignes formées et cela en chaque niveau.
Pour revenir au mode de sélection. On clique sur ou on appuie sur la touche Echap du clavier.
On attribue Les ddl pour les nœuds maîtres comme c'est expliqué au dessus en III-1
avec : - Une translation dans le sens de X (libérer Translation 1), (décoché)
- Une translation dans le sens de Y (libérer Translation2), (décoché)
- Une rotation autour de Z (Libérer Rotation about 3), (décoché)
c) Diaphragmes (Constraints) :
Comme les planchers sont supposés infiniment
rigide; on doit relier tous les Nœuds d'un même
plancher à son nœud maître de sorte qu'ils forment
un Diaphragmes, pour cela :
- Sélectionner le premier plancher dans
la fenêtre X-Y. Dans le menu déroulant :
Assign – Joint – Constraints :
- On choisit Add Diaphragm
- On Va appeler cette Constraint : ETAGE 1
- On Valide avec OK, et on revient à
Constraints on valide une autre fois et la
Boite disparaît.
- On refait l'opération pour le deuxième
plancher qu'on va appeler ETAGE 2 et ainsi
de suite pour tous les autres planchers .
Il est possible d'afficher différentes informations (numéros de noeuds, d'éléments,etc) sur le modèle. Sélectionner la fenêtre 3D du modèle en cliquant dans celle-ci et cliquer sur l'icône Set elements .
Nous pouvons choisir les options d'affichages suivantes :
- Nom des poutres et poteaux et les numéros des nœuds (labels)
- Restraints : d.d.l
- Constraints : Diaphragme … etc
- Masses
- Axes locaux
- Section des éléments
- Hide pour faire cacher l'élément
- ….. etc .
d) Masses :
On doit attribuer la masse du plancher au nœud maître
pour chaque niveau :
- Sélectionner le nœud
- Assign Joint Masses :
- En introduit la masse du plancher dans Direction 1
et Direction 2 ( X et Y, même masse dans les 2 sens )
tendit que dans le sens Z (Direction 3 ) c'est zéro (0)
parce que on ne tient pas compte du séisme vertical .
- Dans la deuxième partie on introduit le moment d'inertie
massique du plancher autour de Z (Rotation about 3) avec:
M: masse du plancher considéré = G+Q.
A : surface du plancher considéré
Ix et Iy sont les moment d'inertie dans le sens de X et Y
- Pour Rotation about 1 et about 2 c'est 0 parce qu'il n'y a
pas de rotation autour de X et Y
IV.2.4) Quatrième étape:
La quatrième étape consiste à définir les charges appliquées sur la structure à modéliser.
A)Charges Statiques :
a) Définition des charges Statiques:
Choisir dans le menu déroulant : Define Static Load Cases :
- Pour les charges permanentes: entrer G
comme nom (Load) et DEAD comme
type et 1 comme multiplicateur interne
(Self weigth multiplier) et cliquer sur
Add new Load .
- Pour les surcharges : Q comme nom et
Live pour type et 1 comme coefficient
Interne (Add new Load)
- OK
-Remarque: SAP2000 tient compte automatiquement du poids propre des éléments lors du calcul, il le rajoute aux charges permanentes (DEAD), mais les valeurs prises en charge par SAP2000 ne sont pas les mêmes avec celles utilisées chez nous (il y a une légère différence) et SAP nous permet de les corrigées et de définir d'autres matériaux que ceux prédéfinis; qui sont le Béton (Concrete) et l'acier (Stell):
Define - Materials
- Pour l'ajout d'un nouveau Matériau:
cliquer sur Add new Material
- Pour modifier les caractéristiques du béton :
Sélectionner CONC et cliquer sur
Modify/Show Material
- Pour que le SAP ne tient pas compte du poid des éléments et qu'on le fasse entrer comme charge permanente il faut mettre zéro (0) pour Mass per unit Volume et Weidth Per unit volume, et dans cette fenêtre on peut corriger d'autre facteur tel que
le module d'élasticité (Modulus of elasticity) ou le module de déformation
longitudinal: Ej = 11000.(Fcj)1/3 .
Coefficient de Poisson
Coefficient de dilatation thermique
Fe de l’acier
Fc du béton .
b) Chargement :
Après sélection de l'élément à charger, on clique sur qui se trouve dans la barre d'outils flottante
Dans la boite de dialogue qui apparaît
On aura à spécifier:
Le nom de la charge
Son type (force ou moment)
Sa direction
La valeur et le point d'application
pour les charges concentrées
La valeur de la charge uniformément
répartie
l'opération à faire (ajouter, remplacer ou
supprimer ). En fin on valide avec OK
(pour annuler on appuie sur Cancel ) .
Pour charger un voile on clique sur
Pour Charger un Nœud on clique sur
A) Charge sismique
a) Spectre de réponse:
Define
Response Spectrum Functions:
Cliquer sur Add new Function
On introduit le Nom de la fonction
On introduit le spectre:
- Les périodes dans la partie Time
- Les valeurs dans la partie Value, ces valeurs
peuvent être celles de D (Amplificateur
dynamique) tel est le cas si on utilise l’RPA88
ou Sa/g (l’accélération /pesanteur) dans le cas du RPA99
A chaque fois qu'on introduit une valeur de la période, on introduit la valeur de l'Amplificateur ou de l’accélération correspondante -selon la nature du spectre- et on clique sur Add jusqu'à introduction totale du spectre approprié au sol d’implantation de l'ouvrage et enfin on valide avec OK.
Remarque :
On peut introduire le spectre sous forme de fichier texte c’est-à-dire avec une extension .txt :
Cliquer sur Add Fonction From File
Cliquer sur Open file et chercher le fichier texte qui contient le spectre qu’on a préparé bien avant
avec les programmes appropriés comme ce-lui
conçu par le CGS, donnant le spectre de réponse
du RPA99, ce fichier doit seulement comporter
les valeurs de T et de l’accélération
(deux colonnes ) et il doit être dépourvu de textes.
Cocher Period and Acceleration Values
OK
SAP2000 a des Spectres de réponse prédéfinis qui sont ceux caractérisant le sol Américaine (UBC94S1, UBC94S2, UBC94S3, UNIT) .
b) Cas de réponses spectrales:
Il faut spécifier pour SAP2000 le cas de réponse spectrale dans les différents sens ou agit le séisme, parce que contrairement à l'Algérie ou on considère que le spectre de réponse est le même dans les différents sens, en Amérique on considère plusieurs spectres distincts.
Define Response Spectrum Cases
Cliquer sur Add new Spectra
- Introduire le nom du cas.
- L'angle d'excitation ( l’angle entre la direction
du séisme et les direction principale de
l’ouvrage ) 0 pour les formes rectangulaires.
- Choisir le type de combinaison modale:
CQC: Combinaison quadratique complète
i : coefficient qui tient compte de l’amortissement
SRSS: Racine carrée des sommes carrées
ABS: Somme des valeurs absolues
- Introduire l'amortissement (Damping),
- Introduire le spectre à prendre en compte
dans les différentes directions principales;
pour nous c'est le même dans le sens de
X et Y (U1 et U2) et rien dans le sens Z
(U3), (on ne tient pas compte du séisme vertical).
- Introduire le facteur d’échelle qui est :
g = 9,81 . (pour le spectre des accélérations de l’RPA99)
S=A.B.Q.g (pour le spectre de l’amplificateur dynamique de l’RPA88)
Avec : - A : facteur d’accélération de la zone
- B : facteur de comportement
- Q : facteur de qualité
- g : pesanteur = 9,81.
IV.2.5) Cinquième étape :
La cinquième étape consiste à spécifier les combinaisons de charges.
Define Load combinations:
Dans la boite de dialogue qui apparaît après avoir
cliquer sur Add New Combo, on aura à introduire :
le Nom de la combinaison et les charges avec leurs
coefficients, par exemple pour l’ELU( 1,35G + 1,5Q):
- Choisir G dans Case Name et introduire 1,35 dans Scale Factor et cliquer sur Add
- Choisir Q dans Case Name et introduire 1,5 dans Scale Factor et cliquer sur Add
- Valider avec OK et on revient vers la fenêtre de Difine Load combinations.
Pour définir une autre combinaison on refait le même travail
Pour modifier le coefficient d’une charge on procède avec modify
Pour modifier une combinaison : sélectionner la combinaison et cliquer sur Modify/ ShowCombo
IV.2.6) Sixième étape:
La sixième étape consiste à démarrer l'exécution du problème mais avant l'exécution il y a lieu de spécifier le nombre de modes propre à prendre en considération et la création d'un fichier résultat et l'indication de son contenu.
Modes de vibration :
Analyze Set Options
On spécifie le nombre de modes à prendre en considération la où s'est écrit Number of Modes et on valide avec OK, valider une autre fois dans la fenêtre de Analysis option .
Fichier Résultat :
Analyze Set Options : Cocher Generate Output et cliquer sur Select Output Options
- On coche Les Cases blanches représentant les résultats qu'on désire avoir dans le fichier tel que:
- Déplacements (Displacements)
- Réactions (Réaction/Spring Forces)
- Les efforts dans les portiques (Frame Forces)
- à chaque fois qu'on coche une case on clique sur
Select/Show Loads pour choisir suivant quel
combinaison de charge vont être calculés les résultats .
Exécution:
Analyze Run (F5) , ou cliquer sur Le SAP va demander un nom pour le fichier c'est-à-dire qu'il va lancer la procédure d'enregistrement, chose qui peut être faite bien avant avec : File Save as
IV.2.7) Septième étape :
La septième étape consiste à visualiser les résultats de l'analyse
a)Résultats sur fichiers:
S'il n'y a pas eu d'erreur lors de l'exécution du problème, les résultats choisis avec Set Options dans le menu Analyze se retrouve dans un fichier .out, généré par l'analyse. Ce fichier peut être édité et imprimé et qu'on peut ouvrir dans un environnement texte tel que WinWord, Word pad ou le bloc note de Windows; pour le faire:
- Fermer le SAP2000 sans arrêter l'analyse
- Chercher le fichier .Out avec Recherche de Windows.
b) Visualisation des résultats à l'écran:
L'interface graphique de SAP2000 permet de visualiser les résultats sous
différentes formes
Déplacements:
Avec le menu Display, il est possible de choisir Show Deformed Shape (ou tout simplement appuyer sur F6 ou cliquer sur )pour visualiser les déplacements. Le menu Show Deformed Shape conduit à la fenêtre suivante :
Il est possible d'animer les déplacements en Cliquant sur Start Animation au bas de l'écran pour voir (et même entendre si on a une carte de son) la structure danser (+ et – c'est pour aller d'un mode à un autre). De plus, il est même possible de créer un fichier vidéo. avi de l'animation avec le menu File et Create Video. On peut également imprimer la structure déformée avec le menu File et Print Graphics.
Réactions:
Le menu Display permet d'afficher les réactions avec Show Element Forces / Stresses et Joint (ou en cliquant sur qui se trouve dans la barre d'outil) on aura la boite de dialogue suivante :
- Sélectionner le cas de chargement
- Cocher Reactions
- Valider pour voir Les réactions affichées sur les appuis.
Les efforts internes:
Le menu Display permet d'afficher les efforts internes avec
Show Element Forces / Stresses et Frames ou en cliquant sur
dans la barre d'outils flottante et on aura la fenêtre suivante:
Remarques :
2-2, 3-3 et 1-1 sont les axes locaux des sections, ils sont comme indiqués sur la figure suivante avec 1-1 sortant:
Tous les graphes peuvent être imprimés: File - Print Graphics (c'est la fenêtre active qui va être imprimé et pour activer une fenêtre d'affichage on a qu'à cliquer dessus)
Lorsque l'analyse est effectuée, SAP2000 "verrouille" le modèle. Ainsi, pendant toute l'étape de visualisation des résultats, il est impossible de modifier le modèle (géométrie, connectivité, matériaux, appuis, charges, etc). L'icône de verrouillage, dans la barre d'outils en haut de l'écran, est enfoncé : , pour faire des modifications il faut d'abord déverrouiller le fichier en cliquant sur l'icône de verrouillage alors elle deviendra comme suit
Lors de l'exécution, SAP2000 crée une multitude de fichiers avec différentes extensions
Une fois qu'on a fermé le fichier, pour l'ouvrir une autre fois on passe par : File puis Import ensuite on va chercher le fichier qui a l'extension $2K
On peut importer un fichier de données préparé avec SAP90 et l'exécuter dans SAP2000 avec File puis Import
On peut même Ferrailler avec SAP2000, mais suivant les règlements Américains, Canadiens, Anglais, Australiens ou l'UEROCOD et non pas suivant le B.A.E.L.
hapitre IV : Présentation de SAP 2000
PAGE 55