Reference : Aménagement de la voie navigable "Seine-Escaut Est" : Conception et calcul des portes av...
Dissertations and theses : Master's dissertation
Engineering, computing & technology : Civil engineering
http://hdl.handle.net/2268/24025
Aménagement de la voie navigable "Seine-Escaut Est" : Conception et calcul des portes aval des écluses de Marchienne-au-Pont, Gosselies, Viesville et Obourg
French
[en] Optimization and analysis of lock gates in the framework of the "Seine-Escaut Est" waterway upgrading
Gernay, Thomas mailto [Université de Liège - ULg > Département Argenco : Secteur SE > Ingénierie du feu >]
Jun-2009
Université de Liège
Master en ingénieur civil des constructions
109 + 9
Rigo, Philippe mailto
Bolle, Albert mailto
Courard, Luc mailto
Counasse, Clément
Pirotton, Michel mailto
[en] lock gate ; structure optimization ; ship impact ; crashworthiness analysis
[en] This paper presents a research study performed lock gates. It concerns the downstream lock gates of the one of the four new locks planned within the framework of the “Seine-Escaut Est (SEE)” project in the Walloon Region of Belgium. At the stage of the basic preliminary design, it was decided to use four identical gates, all suspended and manoeuvred by lateral movement. On this basis, the present work tackles with different aspects of the lock gate study. The aim is double: on one hand, to advance in the study of the solution of the four downstream lock gates of the SEE project, and the other hand, to concentrate more particularly on the lock gate analysis, among which their design, optimization and structural behavior in the case of ship impact.

We began with the design and optimization of the gate. This work was realized with the LBR5 lock gate optimization software, according to a method comparing a representative number of optimized solutions considering at the same time the cost and weight aspects of the structure. This method leaded to an optimized solution of the downstream gate on which further studies are concentrated. Indeed this optimized gate was modeled with the non linear finite elements software FINELG. This program was used to conduct a non linear numerical analysis of the effect of a boat impact on the downstream gate. Several analyses were performed that allowed us to discuss on the influence of the stiffener dimensions and the influence of the impact zone on the gate structural behavior submitted to the impact. Two different behaviors have been brought to light, a ductile one and a fragile one. The results of the numerical analysis with finite elements have underlined the importance of the development of a global plastic mechanism with the purpose of dissipating a large amount of energy. Finally, we have used an analytical model to calculate the gate theoretical strength in a case of a ship impact, and to compare this value with the FEM numerical analysis results.
[fr] Ce travail a pour objet l’étude de portes d’écluses. Il s’intéresse au cas spécifique des portes aval de quatre nouvelles écluses wallonnes dont la construction est prévue dans le cadre du projet « Seine-Escaut Est ». Au stade de l’avant-projet sommaire, réalisé conjointement par le Service Public de Wallonie, le bureau Hydroconsult et l’Université de Liège, un choix a été posé concernant le type de porte à utiliser pour ces quatre écluses, à savoir des portes suspendues à déplacement latéral. Il s’agit du type de porte sur lequel s’est basée notre étude.

Partant de cet état des lieux, le présent travail aborde différents aspects de l’étude des portes d’écluse. Le but est double : d’une part, proposer une avancée dans l’étude de la solution des portes aval des quatre écluses wallonnes de « Seine-Escaut Est », d’autre part, se pencher sur plusieurs problématiques propres à l’étude des portes d’écluse, parmi lesquelles leur conception, leur optimisation et leur comportement structurel face à une sollicitation de choc de bateau.

Nous avons commencé par aborder la question de la conception et l’optimisation de la porte. Ce travail a été réalisé au moyen du logiciel d’optimisation des panneaux raidis LBR-5, sur base d’une méthode comparant un nombre représentatif de solutions optimisées en prenant en compte à la fois les aspects de coût et de poids de la structure. Cette méthode a conduit à une solution optimisée de porte aval sur laquelle s’est concentrée la suite de l’étude.

La solution obtenue a ensuite été modélisée au moyen du logiciel de modélisation non linéaire par éléments finis FINELG. Ce logiciel a été utilisé pour effectuer une étude numérique non linéaire du choc de bateau dans la porte aval. Nous avons réalisé plusieurs analyses nous permettant de discuter de l’influence de l’élancement des sections des raidisseurs et de l’influence de la zone d’impact sur le comportement structurel de la porte soumise au choc. Deux types de comportements différents ont pu être observés, l’un ductile, l’autre fragile. Les résultats de l’analyse numérique par éléments finis ont mis en évidence l’importance du développement d’un mécanisme global plastique en vue de dissiper de grandes quantités d’énergie.

Enfin, nous avons utilisé un modèle analytique basé sur des travaux réalisés dans le domaine pour calculer la résistance théorique de la porte au choc de bateau, et comparer la valeur obtenue aux résultats de l’étude numérique. Les résultats numériques et analytiques ont donné des valeurs différant de l’ordre de 40%.
http://hdl.handle.net/2268/24025

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