Le comportement sismique du pont

Le comportement sismique du pont

Problématique et Méthodologie

Introduction:

La conception sismique passe actuellement par une période de transition, dans laquelle la plupart des codes sismiques sont en train d’adopter la méthode de dimensionnement en capacité, en remplacement la méthode basée sur les forces. Cette dernière qui peut être également appelée la méthode de dimensionnement conventionnelle, considère l’action sismique au même titre qu’une action traditionnelle. Elle ne tient pas compte du caractère spécial de sollicitation sismique, en particulier de son aspect cyclique et des déformations plastiques importantes qu’elle entraîne. La principale lacune de cette méthode réside dans l’absence de précautions spécifiques visant à garantir un comportement sismique adéquat de la structure.
Ces raisons ont mené les chercheurs à l’élaboration des méthodologies sismiques de conception dans le cadre de la méthode de dimensionnement en capacité (MDC).
La philosophie fondamentale de cette méthode est de faire fonctionner la structure dans un niveau prédéfini d’endommagement sous un niveau d’intensité sismique prédéfini. Donc la méthode vise en premier lieu à garantir un comportement ductile adéquat de la structure. Dans laquelle est assortie avec des règles de construction qui permettent d’assurer effectivement la ductilité des différents éléments qui composent la structure.

Problématique et motivation

Problématique

La méthode traditionnelle la plus utilisée dans la conception sismique est celle de la force. C’est une méthode de calcul statique des sollicitations dynamiques qu’on appelle dans l’Eurocode, « la méthode d’analyse par forces latérales ». Elle était appelée « méthode de la force statique équivalente ou analyse dynamique simplifiée ».
Cette méthode de force s’appuie sur la période fondamentale de vibration de la structure et du spectre de réponse élastique, afin de déterminer la force résistance induite par l’action sismique.
La période fondamentale de vibration est estimée à partir des caractéristiques structurelles initiales et des dimensions de la structure.
Lors d’analyses de structure basées sur les forces, il y a lieu d’admettre un coefficient de comportement. Ce coefficient est utilisé afin de réduire les forces du séisme obtenues à partir d’un modèle de calcul élastique des structures porteuses. Avec ce coefficient, l’effet favorable de la sur-résistance et de la capacité de déformation non-élastique de la structure est pris en compte. Cette méthodologie de conception sismique est bien documentée dans tous les règlements actuels de conception parasismique à travers le monde.
Priestley a examiné de façon critique la procédure de conception sismique basée sur la force et a conclu que plusieurs principes fondamentaux sur lequel la philosophie de conception est basée étaient profondément défectueux. [Priestley 1993a, Priestley 1993b], parmi ces observations on cite :
1. Au départ de la conception basée sur la force, un problème se pose : c’est que cette méthode dépend forfaitairement de la période fondamentale de vibration T, qui est inconnue car elle est fonction des raideurs des éléments structurels non encore dimensionnés.
2. La conception basée sur les forces est basée sur l’hypothèse que le coefficient de comportement est unique. Ce coefficient est fixé en fonction de plusieurs paramètres distincts tels que la nature des matériaux constructifs, le type de construction, des possibilités de redistribution des efforts dans la structure et en fonction de la ductilité offerte par la structure dans le domaine post-élastique. Cependant, la demande de ductilité pour les différents éléments de structure diffère de manière significative, selon la géométrie de la structure et de la capacité de déformation des éléments structuraux. A titre démonstration, pour les ponts irréguliers avec des piles longues on observe une concentration de la demande de ductilité au niveau des piles les plus rigide, tandis que, les autres piles souples restent élastiques. Donc l’utilisation d’un coefficient de comportement unique pour l’ensemble de la structure ne peut pas toujours garantir une sécurité adéquate.
3. La relation entre les déplacements élastiques et les déplacements inélastique a une validité douteuse. De plus, les différents codes suggèrent différentes relations entre les deux déplacements. La plus couramment utilisée est celle de Newmark, «Principe des déplacements égaux». Ce principe n’est pas valide pour les très courtes périodes et les très longues périodes propres du système, et est également d’une validité douteuse pour les périodes propres moyennes du système, lorsque le comportement hystérétique du système inélastique diffère considérablement du comportement élasto-plastique.
4. En raison de l’utilisation la rigidité initiale erronée et une relation conservatrice pour le déplacement élastique et inélastique, la sévérité de l’effet la F-∆ est toujours sousestimée.
5. Une autre différence est apparente dans les structures, sous chargement sismique, qui répondent, en même temps d’une manière élastique et plastique, utiliser un coefficient de comportement égale pour les deux cas, résulte une étude sous estimée au niveau des éléments élastiques.
6. Dans la méthode des forces, on prend comme paramètre de contrôle les forces induites par le séisme. C’est contre la réalité physique qui indique que : la déformation qui entraîne la perte de résistance d’un élément de structure sous force latéral. En effet, ce sont les déplacements latéraux qui provoquent l’effondrement des structures sous leur propre poids.
Malgré les anomalies mentionnées ci-dessus, il faut rappeler que la conception basée sur la force est utilisée, et à juste titre, par les ingénieurs pour d’autres types de chargements, comme la charge gravitaire et la charge du vent. Dans ces cas, l’équilibre statique sous l’ensemble de charges extérieures représente une base solide et suffisante à l’analyse. Par contre, la conception sismique basée sur la force ne peut se justifier économiquement que pour des structures légères dans des zones de faible sismicité (dans les cas où on ne s’éloigne pas trop du comportement élastique).

Motivation 

Le comportement réel d’une structure soumise à une violente sollicitation sismique est fortement non-linéaire. Durant le séisme, la structure est sollicitée au-delà du domaine élastique de manière dynamique et cyclique.
Le comportement sismique structural réel est soumis à une telle variabilité que les méthodes de dimensionnement traditionnelles y perdent leur pertinence et ne doivent être appliquées qu’avec circonspection.
Le besoin d’améliorer la méthodologie de calcul des structures soumises à une action sismique a été largement constaté dans les différents codes réglementaires.
Dans les règlements parasismiques actuels, l’étude de la réponse des structures sous l’action sismique est conduite en faisant appel à des méthodes simplifiées selon la nature de l’ouvrage et sa destination. L’effort tranchant à la base d’une structure est le paramètre utilisé traditionnellement pour la conception parasismique, L’ingénieur calcule les sollicitations provoquées par un séisme de calcule à la base de la structure et les compare à la résistance de la structure en utilisant des coefficients de sécurité.
Plusieurs essais montrent que les déplacements corrèlent beaucoup mieux avec les dommages que les forces. Par conséquent, si l’objectif de la conception est de contrôler les dommages sous une excitation sismique donnée, il est raisonnable de tenter de concevoir des structures en utilisant les paramètres de déplacement souhaités sous une intensité sismique de calcul.
Une méthode raisonnable et appropriée qui a été développée au cours des dix dernières années et celle de la conception basée sur le déplacement.

Les Travaux antérieurs

Dans les dernières décennies, la conception parasismique a été réalisée souvent par la méthode basée sur la force, qui a bien fonctionné dans le but de réaliser une conception sécuritaire.
Cependant, l’intérêt croissant en génie parasismique pour les méthodes basées sur les performances a remis en doute la conception basée sur la force. Étant donné que l’objectif principal de ces méthodes est de définir un niveau de dommage sous une intensité sismique donnée, donc toute procédure de conception doit être capable de contrôler de manière fiable les dommages [Kowalsky, 2002].
Afin de surmonter les défauts de la conception basée sur la force, une philosophie de conception appelée «la conception basé sur déplacement  » a été introduite par [Qi et Moehle, 1991], qui incluait le déplacement en translation, la rotation et les contraintes dans les critères de base de conception. Cette philosophie est un outil de conception qui permet à l’ingénieur de concevoir une structure avec des performances prévisibles. Un effort de recherche considérable a été consacré à ce domaine.

Table des matières

Remerciements
Résumé 
Abstract 
Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des notations
Abréviations
Chapitre 1. Introduction Générale
Chapitre 2. Problématique et Méthodologie
2.1 Introduction
2.2 Problématique et motivation
2.2.1 Problématique
2.2.2 Motivation
2.3 Les Travaux antérieurs
2.4 Objective
2.5 Méthodologie
2.6 Le comportement sismique du pont
2.6.1 Calcul du déplacement élastique : (Yield displacement)
2.6.2 Estimation du déplacement cible: (Design Target displacement)
2.6.3 Amortissement visqueux équivalent
a-Amortissement élastique
b-Amortissement hystérétique
2.6.4 Conception du spectre de déplacement
2.6.5 L’effort tranchant à la base
2.7 En résume
Chapitre 3. L’approche déplacement pour des ponts continus sous séisme transversal
3.1 Conception basée sur déplacement pour des ponts continus
3.2 Configuration des ponts réguliers et irréguliers
3.3 Procédure de dimensionnement
3.3.1 Détermination du profil de déplacement inélastique
3.4 Les caractéristiques du système équivalent à un degré de liberté (1DDL)
3.4.1 Le déplacement de dimensionnement du système
3.4.2 La masse effective du système équivalent
3.4.3 Amortissement équivalent du système
3.4.4 Déplacement élastique des piles
3.4.5 Forces reprises par les piles et les culées
a) Les forces sismiques reprises par les piles flexibles
b) les forces sismiques reprises par les culées
3.5 Etude du système équivalent 1DDL
3.5.1 La force sismique reprise par les piles
3.5.2 Analyse de la structure sous les forces calculées
3.6 Le choix de la section des piles
3.7 Notes additionnelles
3.8 Résume
Chapitre 4 Application de l’approche « déplacement » aux ponts réguliers
4.1 Introduction
4.2 Informations et hypothèses
4.2.1 Matériaux
4.2.2 Les culées
4.2.3 Tablier du pont
4.2.4 Les piles et le chevêtre
4.3 Les données sismiques
4.4 Conception des résultats
4.5 Ponts réguliers
a) Les points communs entre les séries 1, 2,3
b) Les points communs entre les séries 4, 5, 6
4.5.1 Séries 1: SSS
4.5.2 Séries 2: SMS
4.5.3 Séries 3 : MSM
4.5.3.1 Résumée sur les trois séries
4.5.4 Séries 4 : SSSSS
4.5.5 Série 5 : SMLMS
4.5.6 Séries 6 : LMSML
4.5.6.1 Résumée sur les trois séries
Chapitre 5. Application de l’approche « déplacement » aux ponts irréguliers
5.1 Introduction
5.2 Ponts irréguliers
a) Les points communs entre les séries 7, 8,9
b) Les points communs entre les séries 10, 11,12
c) Les points communs entre les séries 10, 11,12
5.1.1 Séries 7: SMM
5.1.2 Séries 8: SML
5.1.3 Séries 9: SLL
5.1.3.1 Résumée sur les trois séries
5.1.4 Séries10: SSM
5.1.5 Séries 11: SSL
5.1.6 Séries 12 : MSL
5.1.6.1 Résumé sur les séries
5.1.7 Séries 13 : SSMLL(1)
5.1.8 Séries 14 : SSMLL (2)
5.1.9 Séries 15 : SSLMS
5.1.10 Séries 16: MSLMS
5.1.11 Séries 17LMSSM
5.1.12 Séries 18: LMSSM (2)
5.1.12.1 Résumée sur les séries
5.7 Conclusion sur les deux chapitres
Chapitre 6. Conclusions &Prescriptives
Références

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