Un jumeau numérique utilisé par des chercheurs pour simuler l’effondrement d’un bâtiment en Chine

Des chercheurs en Chine ont utilisé avec succès un jumeau numérique pour enquêter sur les raisons de l’effondrement d’un bâtiment

Dans une récente parution de Advances in Civil Engineering, les chercheurs de l’Université Tsinghua à Pékin et de la China Southwest Architectural Design and Research Institute Corporation à Chengdu ont détaillé leur approche, en commençant par un scénario réel pour prouver leur réflexion.

Ils ont choisi un bâtiment de sept étages, qui s’est effondré après un renforcement par soudage en 2020. Le bâtiment était initialement constitué d’une structure à ossature d’acier conventionnelle, mais ayant subi de nombreux changements fonctionnels au cours de sa vie, et sa structure ayant changé en conséquence – le processus de rénovation complexe et la structure interne irrégulière conduit à des états de charges compliqués et à des accidents d’effondrement.

Les chercheurs ont ainsi indiqué que le processus de modernisation complexe rend difficile la révélation du mécanisme d’effondrement potentiel à l’aide de méthodes d’analyse conventionnelles. La méthode d’investigation numérique basée sur les jumeaux numériques peut fournir une compréhension complète et précise du bâtiment à chaque étape, depuis sa construction jusqu’à l’effondrement.

Par conséquent, pour établir le modèle de jumeau numérique, il ont collecté les informations nécessaires sur le bâtiment, de sa construction à son effondrement. Sur la base de ces informations, ils ont établi les modèles de jumeaux numériques correspondants et mis à jour les modèles plusieurs fois de l’état initial à l’état critique avant l’effondrement.

Même si l’historique de service de la structure d’ingénierie est complexe, le modèle de jumeau numérique peut enregistrer et mettre à jour efficacement la série de changements, ce qui peut aider à l’analyse des mécanismes d’effondrement complexes.

La technique des chercheurs a impliqué le développement de modèles BIM du bâtiment (notamment avec Autodesk Revit), de modèles d’éléments finis (FEM) et de modèles de moteur physique du bâtiment pour simuler ses performances pendant son exploitation et sa maintenance. Par la suite, les principales causes d’effondrement des bâtiments ont été analysées et exposées.

Les chercheurs ont ainsi indiqué : « Les résultats indiquent que les défauts et les dommages dans les régions critiques des bâtiments sont des facteurs importants qui peuvent provoquer l’effondrement des bâtiments. La rationalité de l’analyse du modèle virtuel basé sur le jumeau numérique a été validée par l’investigation du site. »

En conclusion, les chercheurs notent : « Grâce à l’interaction des informations entre le monde physique et le monde virtuel, la véritable cause de l’accident peut être révélée de manière plus fiable. Dans le cas de l’effondrement du bâtiment, la contrainte de compression maximale dans les poteaux du rez-de-chaussée du bâtiment a dépassé sa contrainte de flambement critique. Le processus de soudage a entraîné un flambement local et une déformation plastique des poteaux du rez-de-chaussée, ce qui a entraîné une importante déformation en flexion des poteaux. Cela a causé de graves perturbations aux poteaux en acier fortement chargées, ce qui a provoqué des dommages aux poteaux du rez-de-chaussée et l’effondrement général de la structure. »

En outre, ils ont déclaré : « Avec les améliorations apportées aux techniques de mise à jour du FEM, du BIM, du moteur physique et des modèles, la technologie du jumeau numérique peut être utilisée pour la simulation de scénarios d’effondrement et provoquer des enquêtes sur les accidents d’effondrement structurel. Même si l’historique de service de la structure d’ingénierie est complexe, le modèle de jumeau numérique peut enregistrer et mettre à jour efficacement la série de changements, ce qui peut aider à l’analyse des mécanismes d’effondrement complexes.

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