Notions de base sur les systèmes de structures intelligentes

Notions de base sur les systèmes de structures intelligentes

Systèmes d’isolation à la base

L’isolation sismique est une technique passive d’amortissement des vibrationsstructurales, leur concept est simple et remonte même au début du 20éme siècle. L’utilisationdes pièces de bois pour séparer la structure du sol dans le but de réduire les vibrations structurales, est parmi les anciennes méthodes d’isolation à la base. En 1891, après le séisme de Narobi, un japonais, Kawai a proposé une structure isolée à la base par des couches de bois qui ont été placées dans les deux directions longitudinale et
transversale. Excitation Dissipation d’Energie Passive Structure Réponse La première application d’isolateurs en caoutchouc « Rubber Isolation System » dans le but de la protection sismique de structure a été réalisée en 1969 dans une école primaire à Skopje. Les progrès faits dans la technologie des appuis de caoutchouc laminé en 1970, ont permis d’attirer l’attention sur l’isolation sismique comme une réalité pratique [24]. Actuellement quelques milliers de bâtiments et de ponts à travers le monde sont munis de systèmes d’isolation sismique. Ces systèmes consistent à mettre, entre les fondations et la superstructure, des dispositifs qui ont une déformabilité horizontale très importante et une rigidité verticale très élevée. Ces dispositifs permettent à découpler le mouvement du sol de la
structure dans le but de réduire les forces transmises à cette dernière. L’isolateur capte les déformations (inélastiques) et filtre les accélérations (grandes fréquences) de sorte que la superstructure isolée se déplace essentiellement selon un mode rigide dû aux faibles accélérations et presque pas de déformations. Par conséquent, les forces d’inertie transmises aux éléments de fondations sont limitées et demeurent en deçà de la capacité élastique de tels éléments. Ce comportement se traduit par la limitation des dommages subis par la superstructure et les éléments de fondation et par la préservation de la fonctionnalité de la structure après le séisme [28]. L’isolation à la base repose sur le principe que si la période de vibration est augmentée suffisamment pour s’éloigner de la période d’excitation prédominante du tremblement de terre, les accélérations transmises à la structure (et par conséquent les forces d’inertie) sont considérablement réduites. En revanche, l’augmentation de la période engendre des déplacements plus importants concentrés au niveau de l’isolateur. Dès lors l’incorporation aux unités d’isolation ou l’usage d’un dispositif parallèle et externe d’un dispositif de dissipation d’énergie est requise afin de contrôler les déplacements et réaliser un compromis satisfaisant entre la réduction de la force et l’accroissement du déplacement.

Isolation par appuis d’élastomère

Il existe trois types d’isolateurs en élastomère : l’élastomère fretté, l’élastomère fretté avec noyau de plomb et l’élastomère fretté à amortissement élevé. Tous les trois peuvent prendre une forme rectangulaire ou circulaire dans le plan, et sont composés de couches successives d’élas tomère et de plaques minces en acier appelées « frettes ». Les quatre types d’élastomères les plus utilisés sont le caoutchouc naturel, le néoprène (polychloroprène), le butyle (polyisobutylène) et le nitrile (butadiène-acrylonitrile). L’élastomère détermine l’amplitude de la rigidité élastique aux forces latérales, les frettes quant à elles, en segmentant l’élastomère, offrent une meilleure résistance à la charge verticale.En effet, lorsque l’élastomère est comprimé verticalement, en supposant que c’est unmatériau incompressible, il aura tendance à prendre de l’expansion sur les côtés libres maisles frettes en acier sont alors sollicitées en tension et retiennent cette expansion latérale del’élastomère. De cette façon, l’écrasement de l’élastomère est diminué et la charge verticalequ’il peut supporter est augmentée [8].Appuis d’élastomères simple à amortissement faible « Low Damping RubberBearings »Les appuis élastomères simples (LDRB) sont des dispositifs situés entre le support, oùon fixe les appuis, et la structure (photo 2.2). Ils ressemblent à des ressorts rigides dans ladirection verticale et flexible dans les directions horizontales.En ne considérant que son premier mode, la structure sur appuis se comporte vis-à-visdu séisme horizontal comme un oscillateur à 1 degré de liberté à basse fréquence qui est égaleapproximativement à celle des appuis. La gamme de fréquences conseillée se situe entre0.33Hz et 1Hz. Le choix de la fréquence d’isolation résulte d’un compromis entrel’accélération maximale admissible (tenue des structures isolées) et le déplacement maximaladmissible (tenue des appuis et déplacements différentiels des structures isolées par rapportaux structures avoisinantes). Il faut aussi éviter d’exciter de manière excessive les structuresinternes à basses fréquences (longues lignes de tuyauteries, vagues de ballotement« sloshing » des piscines etc.) [30].

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Table des matières

Chapitre 1 Introduction
1.1 INTRODUCTION
1.2 ORGANISATION GENERALE DU MEMOIRE
Chapitre 2 Notions de base sur les systèmes de structures intelligentes 
2.1 INTRODUCTION
2.2 SYSTÈMES DE CONTRÔLE PASSIF
2.2.1 Systèmes d’isolation à la base
2.2.2 Systèmes de dissipation d’énergie passif
2.2.3 Systèmes d’absorption d’énergie 
2.3 SYSTÈMES DE CONTRÔLE SEMI-ACTIF 
2.3.1 Amortisseur à masse accordée semi-actif (TMD
2.3.2 Amortisseur à liquide accordé semi-actif (TLD) 
2.3.3 Amortisseur Magnéto-rhéologique (MRD
2.3.4 Amortisseur Electro-rhéologique (ERF
2.3.5 Amortisseur à rigidité variable
2.3.6 Amortisseur à frottement variable semi-actif
2.3.7 Amortisseur hydraulique semi-actif
2.4 SYSTÈMES DE CONTRÔLE ACTIF 
2.4.1 Amortisseur à masse active (AMD
2.4.2 Amortisseur à câbles actifs (ATS) 
2.4.3 Amortisseur à barres actives (ABS
2.4.4 Générateur d’impulsions
2.5 SYSTEMES DE CONTROLE HYBRIDE
2.5.1 Systèmes à masse hybride
2.5.2 Systèmes hybrides avec isolation à la base 
2.5.3 Systèmes hybrides amortisseur-actionneur hydraulique
2.6 CONCLUSION 
Chapitre 3 La théorie de contrôle actif 
3.1 INTRODUCTION
Tables des matières
Chapitre 1 Introduction
1.1 INTRODUCTION
1.2 ORGANISATION GENERALE DU MEMOIRE
Chapitre 2 Notions de base sur les systèmes de structures intelligentes 
2.1 INTRODUCTION
2.2 SYSTÈMES DE CONTRÔLE PASSIF
2.2.1 Systèmes d’isolation à la base
2.2.2 Systèmes de dissipation d’énergie passif
2.2.3 Systèmes d’absorption d’énergie 
2.3 SYSTÈMES DE CONTRÔLE SEMI-ACTIF 
2.3.1 Amortisseur à masse accordée semi-actif (TMD
2.3.2 Amortisseur à liquide accordé semi-actif (TLD) 
2.3.3 Amortisseur Magnéto-rhéologique (MRD
2.3.4 Amortisseur Electro-rhéologique (ERF
2.3.5 Amortisseur à rigidité variable
2.3.6 Amortisseur à frottement variable semi-actif
2.3.7 Amortisseur hydraulique semi-actif
2.4 SYSTÈMES DE CONTRÔLE ACTIF 
2.4.1 Amortisseur à masse active (AMD
2.4.2 Amortisseur à câbles actifs (ATS) 
2.4.3 Amortisseur à barres actives (ABS
2.4.4 Générateur d’impulsions
2.5 SYSTEMES DE CONTROLE HYBRIDE
2.5.1 Systèmes à masse hybride
2.5.2 Systèmes hybrides avec isolation à la base 
2.5.3 Systèmes hybrides amortisseur-actionneur hydraulique
2.6 CONCLUSION 
Chapitre 3 La théorie de contrôle actif 
3.1 INTRODUCTION
3.2 ÉQUATION DE MOUVEMENT D’UNE STRUCTURE CONTROLEE 
3.2.1 Équation de mouvement de structure contrôlée par les tendons actifs 
3.2.2 Équation de mouvement d’une structure contrôlée par AMD 
3.3 REPRESENTATION D’UNE STRUCTURE CONTROLEE DANS L’ESPACE DE
VARIABLES D’ETAT
3.4 CONTROLABILITE 
3.5 LES APPROCHES DE CONTROLE
3.5.1 Le contrôle par anticipation 
3.5.2 Le contrôle par rétroaction
3.6 LES LOIS DE CONTROLE PAR RETROACTION (FEEDBACK
3.6.1 Contrôle feedback en boucle ouverte
3.6.2 Contrôlé feedback en boucle fermée
3.6.3 Contrôle feedback en boucle ouverte-fermée 
3.7 RESOLUTION DE L’EQUATION D'ETAT 
3.8 LE CONTROLE OPTIMAL
3.8.1 Régulateur quadratique linéaire 
3.9 LE DEVELOPPEMENT DES ALGORITHMES DE CONTROLE ACTIF 
3.9.1 Algorithme de contrôle actif optimal instantané en boucle fermée 
3.9.2 Algorithme de contrôle actif optimal généralisé
3.10 CONCLUSION 
Chapitre 4 Simulation Numérique
4.1 INTRODUCTION
4.2 ORGANIGRAMME 
4.3 VALIDATION DU PROGRAMME 
4.3.1 Algorithme ROAC 
4.3.2 Algorithme GOAC
4.3.3 Conclusion 
4.4 ETUDE PRAMETRIQUE 
4.4.1 Etude de l’effet de la position du tendon actif sur le déplacement 
4.4.2 Les méthodes du choix de la position optimale du tendon 
4.4.3 Effet des paramètres de contrôle 
4.5 CONCLUSION 
Conclusions et perspectives
BIBLIOGRAHIE