Application du TMD avec des amortisseurs visqueux (AFV)

Application du TMD avec des amortisseurs visqueux (AFV)

Composantes des systèmes d’isolation sismique à la base

Un appui capable de transmettre les charges verticales mais ayant une faible rigidité horizontale : C’est le noyau de l’isolateur. La rigidité latérale de l’appui est le paramètre clé dans l’augmentation de la période et par conséquent dans la réduction des forces sismiques.
Dispositif de dissipation d’énergie : Ce dispositif sert à contrôler la déformation de l’isolateur et par conséquent le déplacement absolu de la superstructure située au dessus. La composante de dissipation d’énergie peut aussi amener à une réduction des forces et des accélérations dans la structure. Une multitude de systèmes de dissipation d’énergie ont été mis au point avec une application. Les systèmes de dissipation d’énergie les plus courants sont : les amortisseurs hydrauliques (viscous dampers), les amortisseurs à base de friction (comportement plastique ou élasto-plastique), les amortisseurs à comportement hystérésis, les appuis en élastomères à haut taux d’amortissement, etc.
Un système de retenue : Le système d’isolation doit avoir une rigidité initiale élevée afin de minimiser les déplacements sous les charges de service tel que le freinage et le vent. Pour certains types d’isolateurs, il peut s’avérer nécessaire d’incorporer un mécanisme de retenue dont la résistance minimale et maximale sont établis avec soin.

Caractéristiques des systèmes d’isolation sismique

 Possibilité d’augmenter la période de vibration et réduire ainsi la réponse de la force
 La dissipation d’énergie pour commander le déplacement du système d’isolation
 Rigidité sous faible charge telles que le vent et les tremblements de terre mineurs.

Application des systèmes d’isolation sismique dans les projets de rénovation

Facteurs de motivation

Préservation des bâtiments historiques (minimiser la modification / destruction des immeuble).
Maintenir la fonctionnalité (le bâtiment reste opérationnelle après un tremblement de terre).
Conception économique (isolation sismique peut être la solution la plus économique).
Protection de l’investissement (perte économique à long terme réduit).
Protection du contenu (La valeur du contenu peut être de plus de structure [10].

Application mondiale des systèmes d’isolation

Japon

Au Japon, le nombre d’applications des systèmes d’isolation, a eu une augmentation subite après le Grand Hanshin-Awaji (ou Hyogo-ken,) tremblement de terre qui a frappé Kobe le 17 janvier 1995.
Au cours des dernières années environ 100 grands bâtiments étaient annuellement isolé au Japon, à laquelle un grand nombre de maisons. Cela a conduit a un nombre global de 1700 bâtiments isolé en octobre 2003 et plus de 2700 en juin 2005.

Les états-unis

Aux états-unis, contrairement au Japon, la croissance de l’utilisation des système d’isolation sismique a été très lente au cours des dernières années.
Dans ce pays, la technique d’isolation est relativement limitée à des structures stratégiques et publiques et la moitié de ces applications sont des réhabilitations [7]. (a) (b)
a. L’université de Californie à Los Angeles, protégée par des isolateurs. Cette structure a résisté au séisme de Northridge 1994.
b. Hôtel de ville de San Francisco, construit en 1912 et qui a été endommagé par le séisme de LomaPrietaen1989, puis il a été isolé au moyen de 530 isolateurs en 2000.

Italie

Une des premières utilisations de systèmes d’isolation sismique dans ce pays est le système de pendule à friction (Figure I.9). Après le tremblement de terre 2009, le quartier Aquila ont été reconstruites en utilisant ce type d’isolation.
La surface de friction est recouverte d’un matériau non corrosif (Téflon) ; la courbure de la friction d’amortissement est de 4 m, l’obtention de 20% avec un déplacement de 260 mm [15].

Introduction

L’objectif de la conception et du dimensionnement des structures selon les règlements parasismiques est d’assurer à l’ouvrage, une résistance au moins équivalente à celle demandée par le niveau sismique de calcul. Et une ductilité suffisante pour absorber l’énergie sismique par déformations post-élastiques, en acceptant un niveau de dommages réparables des éléments non structuraux.
Les règles parasismiques algériennes RPA 99 version 2003 décrivent les principes généraux de conception et de calcul requis pour l’étude des ouvrages résistants aux séismes.
Ces règles sont applicables à toutes les constructions courantes.
Par contre, elles ne sont pas directement applicables aux ouvrages importants (les ouvrage d’art) au quelle il existe un règlement particulier c’est le RPOA
Le RPA 99 version 2003 ne donne aucune méthode de calcule des bâtiments sur appuis parasismique
Ces pour cette raison on peut utiliser d’autre règlements internationaux, parmi les code les plus connus dans le monde et le UBC 1997 et IBC 2000, FEMA, EUROCODE 8

Méthodes de calcul des constructions isolées

A l’instar des méthodes de conception conventionnelle, l’isolation parasismique est régie par des règlements de calcul selon le code américain UBC 97 (Uniform Building Code) et le code international IBC (International Building Code).
Le FEMA-273 et le FEMA-274, qui sont publiées par la Federal Emergency Management Agency (14-44, 14-45), sont très semblables à ceux de l’IBC-2000 à une exception près. Le FEMA-273 permet une nouvelle approche de l’analyse statique appelé Analyse non linéaire.
Les constructions isolées peuvent être analysées et calculées suivant trois méthodes à savoir :
 La méthode statique équivalente
 La méthode d’analyse dynamique par spectre de réponse (response spectrum analysis)
 La méthode d’analyse dynamique par accélérogramme (Time History Analysis)

Méthode statique

Cette méthode est applicable pour les structures satisfaisant aux conditions suivantes :
– Les structures sont situées à plus de 10 Km d’une faille active.
– Le sol est de type S1 (sol ferme), S2 (sol moyen), S3 (sol meuble) ou S4 (sol très meuble).
– La hauteur de la superstructure ne doit pas dépasser 20 m (4 niveaux).
– La période maximale de la structure isolée est inférieure ou égale à 3.0 secondes.
– La structure au dessus du système d’isolation est de forme régulière Et Le système d’isolation doit satisfaire les critères suivants :
– La rigidité effective du système d’isolation au déplacement de conception est supérieure au tiers de la rigidité effective à 20% de déplacement de conception.
– Le système d’isolation est capable de produire une force de rappel

Calcul des déplacements

Les deux déplacements de conception de base du système d’isolation à calculer sont DD et DM correspondants aux niveaux DBE et MCE respectivement. Ces déplacements sont calculés au centre de rigidité du système d’isolation en utilisant les formules suivantes:

La méthode d’analyse dynamique par spectre de réponse

L’analyse dynamique peut être utilisée dans tous les cas et doit être utilisé si les conditions mentionnées à l’adéquation de l’analyse statique ne sont pas satisfaits. L’analyse dynamique peut prendre la forme d’analyse de spectre de réponse ou d’analyse temps-histoire.
L’application de la méthode dynamique modale spectrale est exigée dans les cas suivants :
 La structure au-dessus du plan d’isolation est irrégulière.
 La structure au-dessus du plan d’isolation est de plus de quatre étages ou 20m de hauteur.
 La période effective de la structure isolée (TD) est trois fois plus grande que la période fondamentale de la structure à base fixe (TD > 3 TF).

Calcul des déplacements

Selon l’IBC, le déplacement minimum total et le déplacement maximum total du système d’isolation dans ce cas ne doivent pas être pris inférieurs à 90% de DD et inférieurs à 80% de DM respectivement

Déplacements inter étages

Les déplacements inter étages d’une structure isolée calculée par la méthode spectrale ne doivent pas dépasser 0.015 hx

La méthode d’analyse par accélérogramme

La méthode d’analyse dynamique par accèlèrogrammes consiste en l’étude des efforts dans la structure en fonction du temps, elle peut être utilisée dans tous les cas en particulier pour les structures isolées qui ne répondent pas aux critères de l’analyse statique ou l’analyse modale spectrale. Cette méthode est plus précise pour la représentation de l’action sismique ainsi que pour le calcul non linéaire des structures isolées; elle nécessite un ou plusieurs accèlèrogrammes ainsi que la disponibilité d’un programme numérique pour l’analyse de la structure.

Déplacements inter étages

Les déplacements inter étages d’une structure isolée calculée par accélérogramme, en considérant les caractéristiques de la courbe force- déplacement des éléments non linéaires du système, ne doivent pas dépasser 0.020hx

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : GENERALITE SUR LA TECHNIQUE D’ISOLATION A LA BASE
I. Généralités
I.1. Historique et Objectifs
I.2. Première mise en oeuvre d’isolation sismique moderne
I.3. Principe de base
I.4. Composantes des systèmes d’isolation sismique à la base
I.4.1. Caractéristiques des systèmes d’isolation sismique
I.5. Application de l’isolation sismique dans les projets de rénovation
I.6. Application mondiale des systèmes d’isolation a la base
I.6.1. Japon
I.6.2. Les états unis
I.6.3. Italie
I.6.4. Turquie
I.6.5. L’expérience Algérienne
Chapitre II : LES DIFFERENTS TYPES DE SYSTEMES D’ISOLATION
II.1. Introduction
II.2. Systèmes De Protection Sismique
II.3. Système De Contrôle Passif
II.3.1. Contrôle passif avec isolation à la base (les isolateurs sismiques)
II.3.1.1. Isolateur de base en élastomère (NRB)
II.3.1.2. Isolateur en élastomère d’amortissement élevé (HBRB)
II.3.1.3. Isolateur de Base En élastomère avec barreau de plomb (LRB)
II.3.1.4. Isolateur en pendule a friction (FPS)
II.3.1.5 Avantages et inconvénients des appuis parasismiques
II.3.2. Contrôle passif avec dissipateurs d’énergie (amortisseur Parasismique)
II.3.2.1. Amortisseurs hystérétiques (élasto-plastique)
II.3.2.2. Amortisseurs visqueux
II.3.2.2. Amortisseurs à friction
II.3.2.4. Amortisseurs à masse accordée (TMD)
II.3.2.5. Amortisseurs magnétique
II.4. Dispositions constructives et mise En oeuvre des isolateurs à la base
II.5. Action du vent sur les bâtiments isolés
II.6. Critères choix entre les types d’appuis parasismiques
II.7. Conclusion
Chapitre III : REGLEMENTATION DES STRUCTURES ISOLEE A LA BASE
III.1. Introduction
III.2. Méthodes de calcul des constructions isolées
III.2.1. Méthode statique
a) Calcul des déplacements
b) Déplacements inter étages
III.2.2. La méthode d’analyse dynamique par spectre de réponse
a) Calcul des déplacements
b) Déplacements inter étages
III.2.3. La méthode d’analyse par accélérogramme
a) Déplacements inter étages
III.3. Caractéristiques mécaniques des isolateurs
III.3.1. Isolateur en élastomère fretté (NRB)
III.3.2. Isolateur en élastomère avec barreau de plomb (LRB)
III.3.3. Isolateur en pendule a friction (FPS)
III.3.4. Caractéristique de l’amortisseur à masse accordé (TMD)
Chapitre IV : PRESENTATION DE L’OUVRAGE
IV.1. Introduction
IV.2. Les données géométriques
IV.3. Règlements utilisés
IV.4. Mode de construction
IV.4.1. Acier de construction pour les éléments de structure
IV.4.2. Béton
IV.5. Pré-dimensionnement
IV.5.1. Charge permanentes et charge d’exploitationsIV.5.2. Les planchers
IV.5.2. Charges climatiques
IV.5.2.1. Effet du vent
IV.5.2.2. Effet de la neige
IV.6. Dimensionnement des éléments
IV.7. Systèmes de contreventements
IV.8. Etude sismique
Chapitre V : APPLICATION DES DIFFERENTES TECHNIQUES D’ISOLATION A UN BATIMENT METALLIQUE
V.1. Introduction
V.2. Description du système d’isolation et des excitations sismiques
V.3. Résultats et analyses
V.3.1. Périodes et pulsations
V.3.2. Résultats numériques
V.4. Analyse des réponses temporelles pour le système LRB
a) Station de keddara
V.4.1. Variation du déplacements, accélérations et vitesses en fonction du temps
V.4.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.4.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
V.4.4. Influence de l’apport des AFV sur la réponse sismique
V.4.5. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
b) Station de sylmar
V.4.6. Variation du déplacements, accélérations et vitesses en fonction du temps
V.4.7. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.4.8. Variation des sollicitations en fonction du temps
V.4.9. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
V.5. Analyse des réponses temporelles du système FPS
a) Station de keddara
V.5.1. Variation du déplacements, accélérations et vitesses en fonction du temps
V.5.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.5.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
V.5.4. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
b) Séisme de sylmar
V.5.5. Variation du déplacements, accélérations et vitesses en fonction du temps
V.5.6. Variation des sollicitations en fonction du temps
V.5.7. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.5.8. Variation du déplacement inter-étage en fonction du temps
V.5.9. Influence du rayon de la surface sphérique
a) Station de keddara
b) Station de sylmar
V.5.10. Influence du rate paramètre
a) Station de keddara
b) Station de sylmar
V.6. Application du TMD ( Tunned mass damper)
V.6.1. Influence du rapport de masse sur le déplacement et l’effort tranchant à la base
a) Station de keddara
b) Station de sylmar
V.6.2. Application du TMD avec des amortisseurs visqueux (AFV)
V.6.2.1. Influence de coefficient d’amortissement
a) Station de keddara
b) Station de sylma
V.7. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
RÉFÉRENCES BIBIOGRAPHIQUES

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