Soutenance mémoire
Conception des TMD
Système de contrôle hybride
Les systèmes hybrides ont été mis au point au début des années 1990 pour pallier le principal défaut des systèmes passifs et actifs. Le terme « contrôle hybride » se réfère généralement à une combinaison d’un système de contrôle passif et actif (Landry et Imura, 2008) Puisqu’une partie de l’objectif de contrôle est accomplie par le système passif, l’effort de contrôle actif est moins, ce qui implique moins d’exigence d’énergie. On trouve dans ce cas les types suivants..
Isolation active
Ce système d’isolation peut réduire le déplacement relatif des étages et l’accélération absolue de la structure, la combinaison avec le contrôle actif est capable d’obtenir à la fois un faible déplacement et, en même temps, de limiter le maximum de déplacement de base avec un ensemble simple de forces de contrôle, (Ben Mekki, 2006).
Amortisseur de masse hybride (HMD)
Il est une combinaison d’un amortisseur de masse accordée (TMD) et d’un actionneur de contrôle actif. La capacité de ce dispositif de réduire les réponses structurelles se fonde principalement sur le mouvement normal du TMD. Et son efficacité dépend des forces de l’actionneur de contrôle, ce dernier sont utilisées pour augmenter l’efficacité de l’HMD et d’augmenter sa fiabilité aux changements des caractéristiques dynamiques de la structure.
Le HMD consomme moins d’énergie, Un exemple réussi de l’exécution du système HMD est le bâtiment de Sendagaya INTES à Tokyo en 1991 (Djellouli, 2012), Comme l’illustre la figure1.11.
Système de contrôle semi actif
Comme pour le contrôle actif, le système de contrôle semi actif nécessite des capteurs, processeurs et actionneurs (figure 1.12). L’énergie demandée peut être fournie par une simple batterie. Cette énergie sert seulement à modifier les caractéristiques mécaniques des dispositifs de contrôle passif, donc, ce système représente une évolution des systèmes passifs (Ben Mekki, 2006).
Le système de contrôle semi actif est plus fiable et plus simple que le système de contrôle actif puisque il fonctionne comme des dispositifs passifs en cas de panne de courant est plus efficace pour réduire la réponse structurelle que d’autre système de contrôle passif.
Cette technique convient pour être utilisée dans certains bâtiments ou équipements importants. Actuellement, il existe différents types d’amortisseurs semi actifs proposés pour contrôler les structures en génie civil :
Amortisseur à orifice variable.
Amortisseur à friction variable.
Amortisseur à fluide contrôlable.
Les amortisseurs à masse accordée TMD
Histoire de TMD
Le concept TMD a été d’abord appliqué par Frahm en 1909 (Frahm, 1909), pour réduire le mouvement des bateaux quand ils subirent aux vagues de la mer , une théorie pour le TMD a été présentée plus tard dans l’article d’Ormondroyd et Den Hartog (Ormondroyd et Den Hartog, 1928), suivie d’une discussion détaillée des réglages optimaux et de l’amortissement dans le livre de Den Hartog (Den Hartog, 1947) sur les vibrations mécaniques en 1940. La théorie initiale était appliquée sur un système à un seul degré de liberté (SSDDL) non amorti soumis à une excitation sinusoïdale (Bentifour, 2013).
Explication de la fonction des amortisseurs à masse accordée
Un amortisseur à masse accordée est un dispositif composé d’une masse lourde, un ressort et un amortisseur visqueux il est installé aux points localisés de la structure en vue de réduire sa réponse aux charges dynamiques. Donc c’est un mécanisme passif de contrepoids pour une structure (Bentifour, 2013) ;Quand la structure commence à vibrer, le TMD est excité par le mouvement de la structure (figure 1.13), sa masse s’oppose toujours au mouvement de la structure et par conséquent amortie ou réduit le mouvement vibratoire de la structure (Tayebi, 2013). La fréquence normale du dispositif est toujours choisie pour assortir une des fréquences normales du système vibratoire.
Ces amortisseurs sont couramment utilisés dans différentes structures du génie civil, comme les bâtiments et les ouvrages souples tels que les passerelles, les ponts suspendus et les ponts à haubans, la performance de ces amortisseurs est très liée aux réglages de leurs paramètres (Landry et Winkel, 2008).
Dans la figure ci-dessous, on présente les trois premiers modes de vibrations d’un bâtiment à 12 étages, l’analyse modal a été faite pour trois exemples, premier qui ne possède pas de TMD ,le deuxièmes avec TMD placé au 10eme étages et le troisièmes au 8eme étages ,(Chey et al, 2010) .
On remarque que les structures avec TMD ont suivi deux comportements de vibrations déférents ; le premier comportement domine les étages supérieurs et le second, d’amplitude beaucoup plus faible et domine les étages inferieurs. Ces deux comportements de vibration sont découplés par la couche d’isolation dans l’étage qui contient le TMD, et une partie de l’énergie reçue par le séisme sera piégé.
Pour celui l’incontrôlé (sans TMD) ne subit qu’un seul mode de vibration pour tous les niveaux, ce qui indique vraiment que l’endroit de l’installation du TMD a une grande efficacité pour avoir un bon comportement lors de l’application du chargement.
Applications de système TMD en génie civil
Applications de TMD sur les structures de grande hauteur
Les tours et les structures sont les ouvrages les plus menacés de rupture par les chargements dynamiques (séisme, vent), et l’application de la masse accordée permet de réduire les excitations et les vibrations.
L’un des exemples les plus spectaculaires de l’application des systèmes TMD dans les bâtiments est la tour de Taipei101 qui se trouve dans la zone de Xinyi à Taipei (Taiwan), Taipei101 est actuellement le deuxième gratte-ciel réalisé le plus haut du monde.
Il a 101 étages au-dessus du sol et 5 étages en sous sol, avec une hauteur totale de 508 mètres de la terre jusqu’au sommet, et le plus grand amortisseur à masse accordé (TMD) du monde (figure 1.15) (Tayebi, 2013).
Applications de TMD sur les ponts
Aujourd’hui, il existe de nombreux ponts conçus en utilisant la technologie des TMD. Il est clair qu’un pont est soumis à différents types de sollicitations, comme le vent et les séismes.
C’est pour cela que l’application de l’amortissement à masse accordée peut être une méthode de contrôle ou réduction des vibrations quand le pont est soumis à un mouvement sismique.
L’un des exemples les plus spectaculaires de l’application des systèmes TMD dans les ponts est le Millenium Bridge (figure 1.16), c’est un pont suspendu en acier pour piétons qui traversent la Tamise à Londres, il est détenu et géré par Bridge House Estates. La construction du pont a commencé en 1998, avec l’ouverture en 10 Juin l’an 2000. Il a été fermé après deux jours de son ouverture après une marche au nom de « Save the Children », et a cause de certaine mouvements de balancement dans les deux premiers jours le pont a été fermé pendant deux ans pour éliminer les oscillations et il a été ouvert en 2002 (Ben Mekki, 2006). se compose de 50 TMD vertical, de poids : 1000 -2000kg, fréquence 1,2- 2,2 Hz et de 8 TMD horizontal qui pèsent 2500Kg, leur fréquence est de 0 ,45 avec, une longueur de 330m et une larguer de 4m.
Exemples d’applications de TMD dans le monde
Conclusion
Dans ce chapitre on a présenté les différentes méthodes et technologies disponibles pour résister aux effets sismiques et protéger ainsi nos structures. D’après la bibliographie, le TMD démontre une bonne efficacité pour la réduction des déplacements des structures lors d’application d’un chargement dynamique tel que le séisme ou le vent.
Afin d’avoir un bon fonctionnement du système TMD lors du séisme, il est impératif de savoir comment le dimensionné et comment l’installé, chose qui va être détaillée dans le chapitre qui suit.
Conception des TMD
Introduction
Les bâtiments élevés sont très sensibles envers les excitations dynamiques telles que les séismes et les vents. Dans ce chapitre, la conception ainsi que le principe de fonctionnement des TMD est détaillé. Un cas disponible en bibliographique est aussi présenté afin d’avoir une base de notre étude.
Fonctionnement du TMD
Equation du mouvement
Le TMD contient une masse, un ressort, un amortisseur comme il est indiqué dans la figure 2.1. Les termes m1, k1, c1 et x1 représentent la masse, la rigidité et l’amortissement de la structure, et m2, k2, c2 et x2 représentent la masse, le déplacement et l’amortissement du TMD. F(t) est la force d’excitation. Le système est représenté dans la figure suivante:
Caractéristiques des TMD
Premièrement le concepteur doit commencer par une étude paramétrique sur les caractéristiques du TMD avant sa réalisation, et déterminées le rapport de la fréquence et le coefficient d’amortissement du TMD pour avoir une meilleure exécution (Chey et al, 2010).
Les études de Villaverde, (Villaverde, 1985) sur l’application des TMD montrent que les meilleurs résultats sont obtenus lorsque les deux premiers modes complexes de vibration de la structure combinée et l’amortisseur ont approximativement les mêmes rapports d’amortissement qui est égal à la moyenne des coefficients d’amortissement de la structure ?1 et de TMD ?2, comme c’est défini dans l’équation suivante..
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Généralités et Recherche Bibliographique
1.1 Introduction
1.2 Les différentes méthodes de contrôle utilisées dans les structures
1.2.1 Systèmes de contrôle passif
1.2.2. Le contrôle actif
1.2.3 Système de contrôle hybride
1.3 Les amortisseurs à masse accordée TMD
1.3.1 Histoire de TMD
1.3.2 Explication de la fonction des amortisseurs à masse accordée
1.3.3 Applications de système TMD en génie civil
1.3.4 Exemples d’applications de TMD dans le monde
1.4 Conclusion
Chapitre 2 : Conception des TMD
2.1 Introduction
2.2 Fonctionnement du TMD
2.2.1 Equation du mouvement
2.2.2 Caractéristiques des TMD
2.2.3 Etude paramétrique
2.3 Objectif de l’étude
2.3.1 Présentation d’un cas bibliographique
2.3.2Etudier l’effet de la disposition des TMD
2.3.3 Discutions des résultats
2.4 Conclusion de l’étude présentée
Chapitre 3 : Présentation de l’ouvrage
3.1 Introduction
3.2 Description du bâtiment
3.2.1 Les dimensions
3.2.2 Les plans
3.3 Descente des charges
3.3.1 Les charges permanentes
3.3.2 Les charges d’exploitation
3.4 Dimensionnement des éléments du bâtiment
3.4.1 Planchers
3.4.2 Les poteaux
3.4.3 Les poutres
3.4.4 Les voiles
3.5 Les propriétés dynamiques de la structure sans voiles
3.6 Conclusion
Chapitre 4 : Analyse paramétrique dynamique d’un bâtiment équipé par un TMD
4.1 Introduction
4.2 Action sismique
4.3 Etude paramétrique de TMD
4.3.1 Estimation des paramètres du TMD
4.3.2 Effet de la masse du TMD
4.3.3 Etude paramétrique du bâtiment équipé par un seul TMD
4.3.4 Etude paramétrique du bâtiment équipé par un Groupe de TMD
4.4 Etude comparative d’un bâtiment équipé par TMD et contreventé par des voiles
4.5 Réponse sous séisme de Boumerdes
4.6 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
ANNEXE
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