Application des différents dispositifs dissipatifs sur un bâtiment métallique

GENERALITES SUR LE SEISME ET LES STRUCTURES EN ACIER

Comportement des constructions

Les connaissances sismiques et géotechniques permettent d’identifier les types de constructions à éviter ou à renforcer en fonction du site. Les secousses d’un même séisme peuvent être très différentes d’un site à l’autre : plus ou moins fortes, plus ou moins longues, mais aussi avoir des caractéristiques fréquentielles très variables.
Chaque construction doit être appropriée aux caractéristiques des secousses et aux déformations des sols possibles sur son site d’implantation. Sa conception doit permettre d’éviter les déformations trop irrégulières ou excessives et sa réalisation doit permettre un endommagement qui ne porte pas atteinte à sa stabilité.
La société s’attache à établir des règles de construction et des plans d’urbanisme efficaces à partir de ces connaissances. La réglementation vise un arbitrage économiquement raisonnable à partir des connaissances scientifiques et techniques. « Trop » se protéger est inutile et coûte cher. Trop peu se protéger coûte des vies humaines et des pertes économiques inacceptables .

Comportement des structures lors d’un séisme

Le comportement des structures lors d’un séisme est un problème qui reflète de la dynamique. Contrairement au vent qui génère des forces de pression qui s’appliquent de manière directe sur l’ouvrage, les mouvements sismiques eux produisent des forces inertielles internes causées par la vibration des masses des différents éléments qui constituent la structure. L’expérience montre que chaque structure a son propre comportement et pour cause celui-ci dépend de plusieurs paramètres tels que la hauteur, la forme géométrique, la nature du site, l’emplacement géographique, mais aussi de paramètres dynamiques tels que la rigidité, période de vibration, la masse totale ainsi que l’amortissement.
Dans l’intention d’améliorer le comportement des structures dans les zones sismiques, il est nécessaire de prévoir des éléments de contreventement qui ont pour rôles de s’opposer aux actions horizontales générées par le mouvement du sol, et d’assurer la stabilité latérale des constructions. Le type de contreventement à mettre en place doit ainsi être choisi de manière judicieuse, et disposé suivant les directions principales.

Structures contreventées

Dans la progression des conceptions, les ingénieurs fournissent plus d’effort pour trouver des systèmes plus performants et répondant à un souci économique de plus en plus exigeant.
La stabilité latérale de ces constructions constitue le problème primordial. On l’a constaté lors des différents tremblements de terre enregistrés.
Pour ce type de construction, cette stabilité est assurée par les différents systèmes de contreventement en amélioration perpétuelle. Parmi les structures dissipatives résistantes aux séismes, il existe essentiellement trois systèmes structuraux.
Les structures en portique auto stable : Pour ce type de structure, la résistance aux forces horizontales est assurée principalement par la flexion des poteaux et des poutres. Le principal inconvénient de ces structures très dissipatives est le comportement flexible pouvant favoriser leur mise en résonance avec le sol.
Les structures à palées triangulées centrées : Ce sont des structures pour lesquelles l’intersection des barres du système de contreventement coïncide avec le milieu des éléments porteurs et ou avec les jonctions poteaux-poutres.
Pour ce genre de structure la stabilité latérale est assurée soit par les diagonales tendues (contreventement en X), soit par la combinaison simultanée des diagonales tendues et comprimées (contreventement en V et K). Ces structures manifestent un meilleur comportement comparativement aux structures contreventées par cadres auto stables.
Les structures à palées excentrées : Dans ce type de structure, l’intersection des barres de contreventement peut se localiser à n’importe quel point de la poutre selon la configuration adoptée. Ces systèmes de contreventement, toujours en cours d’investigation, s’avèrent plus performants que les systèmes de contreventement traditionnels.

Contrôle passif avec dissipateurs d’énergie

Les dissipateurs d’énergie sont des systèmes conçus pour absorber l’essentiel de l’énergie sismique évitant ainsi la dissipation par des déformations inélastiques dans les éléments de structures. Selon leur comportement, ils peuvent être classés comme hystérétiques, viscoélastiques et à fluide visqueux. Les dissipateurs hystérétiques sont basés sur la plastification de l’acier et le frottement entre les surfaces. Ces dispositifs dépendent essentiellement des déplacements. Les dissipateurs viscoélastiques peuvent être viscoélastiques solides ou fluides et leur comportement dépend du déplacement et de la vitesse. Les dispositifs de dissipations à fluides visqueux ont un comportement qui dépend principalement de la vitesse .

Dissipateurs hystérétiques

Une multitude de dispositifs de dissipation d’énergie hystérétique a été proposée et développée pour améliorer la protection structurelle. La plus part de ces dispositifs hystérétiques absorbent l’énergie par un mécanisme qui est indépendant du taux de fréquence de charge, du nombre de cycles de charge et de la variation de température. En outre, ces dispositifs ont une haute résistance à la fatigue. Les dispositifs hystérétiques incluent les amortisseurs métalliques qui utilisent le rendement des métaux comme mécanisme dissipatif, et les amortisseurs de frottement qui produisent de la chaleur par le frottement de glissement sec. Ces dispositifs produisent une boucle hystérétique rectangulaire , Les modèles les plus simples du comportement hystérétique impliquent la relation algébrique entre la force et le déplacement. Ainsi, les systèmes hystérétiques sont souvent appelés des dispositifs dépendants du déplacement .

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE SEISME ET LES STRUCTURES EN ACIER
I.1. Introduction
I.2. Propagation des ondes
I.3. Comportement des constructions
I.4. Le matériau acier
I.5. Comportement des structures lors d’un séisme
I.6. Définitions du contreventement
I.7. Structures contreventées
I.7.1. Structure à cadre ou portique
I.7.2. Triangulation par diagonales
I.7.3. Ossatures en portique, combinées avec des entretoises centrées
I.7.4. Triangulation en V
I.7.5. Triangulation en K
I.7.6. Les Contreventements excentrés
I.8. Conclusion
CHAPITRE II : LES DIFFERENTS TYPES DE DISPOSITIFS DISSIPATIFS
II.1.Introduction
II.2. Contrôle passif avec dissipateurs d’énergie
II.2.1. Dissipateurs hystérétiques
II.2.1.1. Les amortisseurs métalliques
a. Le dispositif d’amortissement et de rigidité supplémentaire (ADAS)
b. Amortisseur de plaques triangulaire (TADAS)
c. Entretoise à flambement empêché (buckling restrained brace – BRB)
d. Dispositifs d’extrusion de plomb (LED)
II.2.1.2. Les amortisseurs à friction
a. L’amortisseur PALL
b. Amortisseur boulonné encoché
c. La contrainte de dissipation d’énergie (EDR)
d. Amortisseur visqueux élastique solide
II.3.Conclusion
CHAPITRE III : PRESENTATION DE L’OUVRAGE
III.1. Introduction
III.2. Les données géométriques
III.3. Règlements utilisés
III.4. Mode de construction
III.4.1. Acier de construction pour les éléments de structure
III.4.2. Le béton
III.5. Pré-dimensionnement
III.5.1. Charge permanentes et Charge d’exploitations
III.5.2. Les planchers
III.5.3. Charge climatiques
III.5.3.1. Effet du vent
III.5.3.2. Effet de la neige
III.6. Dimensionnement des éléments
III.7. Systèmes de contreventements
III.8. Etude sismique
III.8.1. Différentes dispositions des contreventements
III.9. Conclusion
CHAPITRE IV : APPLICATION DES DIFFERENTS DISPOSITIFS DISSIPATIFS SUR UN BATIMENT METALLIQUE
IV.1. Introduction
IV.2. Description du dispositif dissipatif et des excitations sismiques
IV.3. Analyse des réponses temporelles pour le système ADAS
IV.3.1. Variation du déplacement et accélération en fonction du temps
IV.3.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.3.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.3.4. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
IV.3.5. Variation du déplacement en fonction de la force de frottement
IV.3.6. Variation de l’effort normal en fonction de la rigidité
IV.4. Analyse des réponses temporelles pour le système TADAS
IV.4.1. variation du déplacement et accélération en fonction du temps
IV.4.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.4.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.4.4. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
IV.4.5. Variation du déplacement en fonction de la force de frottement
IV.4.6. Variation du moment fléchissant en fonction de la rigidité
IV.5. Analyse des réponses temporelles pour le système BRB diagonale
IV.5.1. variation du déplacement et accélération en fonction du temps
IV.5.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.5.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.5.4. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
IV.5.5. Variation du déplacement en fonction de la force de frottement
IV.6. Analyse des réponses temporelles pour le système BRB chevron
IV.6.1. Variation du déplacement et accélération en fonction du temps
IV.6.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.6.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.6.4. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
IV.6.5. Variation du déplacement en fonction de la force de frottement
IV.7. Analyse des réponses temporelles pour le système PALL
IV.7.1. variation du déplacement et accélération en fonction du temps
IV.7.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.7.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.7.4. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
IV.7.5. Variation de l’effort normal en fonction de la rigidité
IV.7.6. Variation du déplacement en fonction de la force de frottement
IV.8. Analyse des réponses temporelles pour le système FRICTION diagonale
IV.8.1. Variation du déplacement et accélération en fonction du temps
IV.8.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.8.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.8.4. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
IV.8.5. Variation du déplacement en fonction de la force de frottement
IV.9. Analyse des réponses temporelles pour le système FRICTION chevron
IV.9.1. Variation du déplacement et accélération en fonction du temp
IV.9.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.9.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.9.4. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
IV.9.5. Variation du déplacement en fonction de la force de frottement
IV.10. Analyse des réponses temporelles pour le système ADAS
IV.10.1. Variation du déplacement et accélération en fonction du temps
IV.10.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.10.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.10.4. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
IV.10.5. Variation du déplacement en fonction de la force de frottement
IV.10.6. Variation de l’effort normal en fonction de la rigidité
IV.11. Analyse des réponses temporelles pour le système TADAS
IV.11.1. Variation du déplacement et accélération en fonction du temps
IV.11.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.11.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.11.4. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
IV.11.5. Variation du déplacement en fonction de la force de frottement
IV.11.6. Variation du moment fléchissant en fonction de la rigidité
IV.12. Résultats numériques
IV.13. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES