Simulation de signaux sismiques pour les études dynamiques transitoires

par I. Zentner, EDF R&D / AMA

Ce travail s’est fait dans le cadre du projet OMARISI2016 d’EDF R&D et a bénéficié d’un financement par le projet ANR MODNAT.

Les simulations mécaniques numériques permettent d’évaluer la robustesse des bâtiments et installations sous excitation sismique et de mener des études de fiabilité probabilistes. Afin de mener ce type d’études il faut disposer d’un certain nombre de signaux sismiques, les accélérogrammes. La sismicité étant plutôt faible en France, on ne dispose pas d’un très grand nombre d’enregistrements de séismes naturels. La génération de signaux synthétiques, décrit par des modèles stochastiques, constitue alors une alternative.

Le chargement sismique à prendre en compte est généralement défini par la donnée d’un spectre de réponse d’oscillateur (SRO). Il faut alors trouver un processus stochastique en accord avec la donnée du spectre. Supposé Gaussien, ce processus est entièrement défini par une densité spectrale de puissance (DSP).

Le nouvel opérateur GENE_ACCE_SEISME propose la génération de signaux sismiques compatibles avec la donnée d’un spectre, selon les trois options suivantes :

• (a) génération d’un ou plusieurs accélérogrammes distincts compatibles un par un avec le spectre cible ;
• (b) génération d’accélérogrammes dont le spectre médian est compatible avec le spectre cible ;
• (c ) génération d’accélérogrammes compatibles avec la distribution (log-normale) du spectre cible, caractérisée par sa médiane, le spectre à un sigma et les coefficients de corrélation.

(a) Option SPEC_UNIQUE	(b) Option SPEC_MEDIANE
(c ) Option SPEC_FRACTILE
Figure 1 : trois options (a) compatibilité avec un spectre EC8 et (b)/(c ) compatibilité avec des spectres selon la loi d’atténuation de Campbell et Bozorgnia

Les trois options sont illustrées sur la Figure 1 où le spectre cible est représenté en rouge. Les courbes bleues représentent les accélérogrammes des signaux synthétiques avec, en magenta, la médiane et pour l’option (c ) le fractile à 84% (spectre à un sigma). On trouvera plus de détails dans la documentation de référence R4.05.05.

La dernière configuration permet de simuler des jeux de signaux sismiques dont la variabilité est au plus proche des signaux naturels disponibles dans les bases de données internationales. Les signaux sismiques simulés respectent un spectre médian et la variabilité, traduite par l’écart-type des accélérations spectrales et les coefficients de corrélation.

Figure 2 : exemple d’un accélérogramme et signaux en vitesse et déplacement

La Figure 2 montre un exemple d’accélérogramme généré par l’opérateur à partir du spectre EC8 (cf. Figure 1 (a) ). Les signaux en vitesse et déplacement, obtenus par intégration de l’accélérogamme, sont également représentés. Grâce au filtrage passe haut (correspondant au paramètre sismologique «  corner frequency ») implémenté dans l’opérateur, les signaux ne possèdent pas de dérive en déplacement.

L’opérateur GENE_ACCE_SEISME a été validé par rapport au logiciel POWERSPEC (Westinghouse) qui permet de générer des signaux sismiques non stationnaires respectant un spectre cible.

Disponible en version 11 et 12.