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Comportement non linéaire des systèmes de murs couplés sous charges sismiques

Benazza, Tewfik (2012). Comportement non linéaire des systèmes de murs couplés sous charges sismiques. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L'effort de recherche soutenu, concernant le comportement dynamique des systèmes de résistance aux forces sismiques (SRFS) des bâtiments multi-étagés, a permis les mises à jour régulières des prescriptions sismiques des Codes et Normes modernes. Néanmoins, certains aspects, essentiellement liés au caractère aléatoire des mouvements de sol et au comportement complexe des éléments de structures en béton, notamment en cisaillement des sections critiques des murs de refend (MR), restent peu ou mal documentés. Parmi ces aspects, l’amplification dynamique de la demande en cisaillement due à l’effet inélastique des modes supérieurs de vibration a suscité l’intérêt et la motivation pour cette recherche doctorale. Son but principal est de contribuer, à travers des investigations numériques, à une meilleure compréhension du comportement en cisaillement des systèmes de MR.

Cette thèse par articles (05), intégrés au corps du document, est subdivisée en trois volets, comme suit :

Le volet 1, développé autour du premier et du deuxième article, concerne l’aspect linéaire de cette étude; en l’occurrence la conception et le dimensionnement des systèmes de MR couramment utilisés dans le SRFS des bâtiments multi-étagés situés en zones sismiques canadiennes. Le premier article présente les principales révisions incorporées au chapitre 4 du Code national du bâtiment du Canada et au chapitre 21 de la norme canadienne de béton, et dresse un état exhaustif des exigences sismiques en vigueur concernant ce système structural. Le deuxième article traite de la contribution des modes supérieurs de vibration dans la réponse pseudo-statique des systèmes de MR. Il propose un facteur d’amplification dynamique spécifique à ce système structural permettant de s’affranchir de l’utilisation indue de facteurs normalement réservés à d’autres systèmes structuraux.

Le volet 2, développé autour du troisième et du quatrième article, a trait à l’exigence de compatibilité spectrale requise (depuis la version 2005 du Code) des signaux sismiques utilisés dans les analyses pas-à-pas. Une démarche innovante permettant de générer des signaux sismiques compatibles aux spectres cibles du Code est présentée dans le troisième article puis validée dans le quatrième (article de conférence).

Le volet 3, développé dans le cinquième article, concerne le comportement non linéaire des systèmes de MR en zones sismiques canadiennes. Il traite en particulier de l’amplification dynamique de la demande en cisaillement due à l’effet non-linéaire des modes supérieurs de vibration et propose un facteur de réduction de force pour le cisaillement en fonction du type de couplage du système de MR. L’étude est basée sur 480 investigations numériques nonlinéaires menées sur une large gamme de systèmes de MR (60 spécimens) conçus et dimensionnés conformes aux exigences sismiques canadiennes en vigueur.

Résumé traduit

The extensive research effort dedicated to the dynamic behaviour of seismic force resisting systems (SFRS) of multi-storey buildings in recent years has contributed to update the seismic requirements of modern codes and standards worldwide. However, many aspects related mainly to the random nature of ground motions and the complex behavior of concrete structures, in particular in shear at the base of shear walls, are not fully documented. Among these aspects, the study of the effects of higher modes of vibration on the nonlinear dynamic response of shear wall systems during major seismic events was the main impetus motivation for this doctoral research. Its main goal is to contribute, through numerical investigations, to a better understanding of the shear behavior of shear walls systems in Canadian seismic zones.

This manuscript-based thesis is based on 5 articles integrated into the body of the document and subdivided into three parts as follows:

Part 1, developed around the first and the second paper is dedicated to the linear aspect of this study, namely the analysis and design of shear wall systems commonly used as SFRS of multi-storey buildings located in Canadian seismic zones. The first paper investigates and provides an insight into the main revisions that where incorporated in chapter 4 of National Building Code of Canada and chapter 21 of the Canadian standard Design of concrete structures. It provides an exhaustive state of seismic requirements in effect for this structural system. The second paper discusses the effect of higher modes (of vibration) on the pseudostatic response of shear wall systems. A dynamic amplification factor, specific to that structural system is proposed, that enhances the factors used so far, which are clearly improper as they were derived for other structural systems.

Part 2, developed around the third and the fourth paper, deals with the required spectral compatibility requirement of seismic signals used in the step-by-step analysis. An innovative approach, for generating seismic signals compatible with the target spectrum of the code, is presented in the third paper and validated in the fourth paper (conference paper).

Part 3, developed in the fifth paper is dedicated to the nonlinear behavior of shear wall systems in Canadian seismic zones. It deals in particular with the dynamic amplification of shear demand due to the inelastic effects of higher modes. A reduction factor for shear is proposed depending on the type of coupling of the shear wall system. The study is based on 480 numerical nonlinear investigations conducted on a wide range (60 specimens) of shear wall systems, designed and detailed according to the seismic requirements in effect in Canada.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr. : f. [163]-166.
Mots-clés libres: Béton. Charges sismiques. Cisaillement (Mécanique). systèmes de murs de refend, demande en cisaillement, modes supérieurs, amplification dynamique, analyses non linéaires
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Chaallal, Omar
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 12 nov. 2012 16:12
Dernière modification: 02 mars 2017 21:41
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1093

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