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Effet de la variation des paramètres caractéristiques des isolateurs sismiques affectés par la température sur le comportement des ponts isolés

Beji, Afif (2015). Effet de la variation des paramètres caractéristiques des isolateurs sismiques affectés par la température sur le comportement des ponts isolés. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le comportement sismique des ponts isolés à la base est régi principalement par les propriétés hystérétiques des isolateurs installés entre les unités de fondation et la superstructure. Le choix des propriétés hystérétiques du système d’isolation sismique est un élément clé dans la conception sismique de l’ouvrage afin d’en contrôler la performance lors de futurs séismes. Toutefois, les isolateurs sont souvent affectés par les conditions environnantes telles que la température et le vieillissement qui amènent des altérations à leurs propriétés hystérétiques. En effet, sous de basses températures, il a été observé que la presque totalité des systèmes d’isolation utilisés subissent une hausse, plus ou moins importante, de leur rigidité et résistance caractéristique. En dépit des connaissances relativement satisfaisantes des effets des basses températures sur les caractéristiques hystérétiques des isolateurs sismiques, leurs impacts sur le comportement des ponts isolés dans les régions froides demeurent encore très peu étudiés et bien compris par les chercheurs et les ingénieurs praticiens notamment dans le contexte sismique canadien. La présente étude vise l’évaluation de l’effet de la variation des caractéristiques hystérétiques des isolateurs sismiques d’une façon générale et de la baisse de la température d’une façon particulaire sur la demande sismique des ponts isolés dans les zones sismiques de l’est et de l’ouest du Canada, représentées respectivement par Montréal et Vancouver.

Des analyses simplifiées conformément au code canadien des ponts routiers (2006) et développées similairement selon le code national du bâtiment du Canada (2010) ont été effectuées pour définir les paramètres hystérétiques d’un système d’isolation de référence. Des variations sur ces caractéristiques de référence ont été introduites, représentant soit l’effet de différents facteurs comme une baisse de la température ou le choix du concepteur. Afin d’évaluer l’effet de la variation des caractéristiques hystérétiques sur la demande sismique des ponts isolés (force maximale, déplacement maximal et déplacement résiduel), des analyses spectrales uni-modales et temporelles non-linéaires ont été effectuées sur les modèles des variantes ainsi obtenues. Différents modèles ont été utilisés à cet effet : des modèles à un degré de liberté linéaires équivalents, des modèles à un degré de liberté non linéaires et des modèles tridimensionnels non linéaires. Dans une seconde étape, l’effet de la flexibilité des piles a été considéré en sus sur une sélection de variantes.

Les résultats montrent que la baisse de la température engendre une hausse importante de la demande en force sismique accompagnée d’une baisse des déplacements pour les deux côtes du Canada. Toutefois, l’effet est généralement plus accentué et plus marqué à l’est qu’à l’ouest, et les efforts sismiques sont plus importants à l’ouest. En outre, selon la hausse de la flexibilité des piles, le niveau de la demande en force baisse pour les deux côtes. L’effet de la baisse de la température s’estompe légèrement pour les piles très flexibles de l’est, et devient progressivement présent en fonction de la hausse de la flexibilité des piles pour l’ouest. Quant à la demande en déplacement sismique, elle diminue remarquablement pour les piles très rigides puis devient pratiquement insensible pour les piles très flexibles.

Résumé anglais

Seismic base-isolation design of bridges is established as a very effective alternative to the conventional design approach, based on the capacity design principle. Seismic isolation bearings are the main apparatus used to ensure adequate seismic behavior of base-isolated bridges. However, practically all seismic bearings are sensitive to many external and inherent effects especially low temperature effects. In fact, under cold temperatures, they typically show a more or less important increase of their characteristic strength and post-yield stiffness. Despite relatively known effects of low temperatures on base isolation systems characteristics, its impact on base-isolated bridges response and seismic demand in cold regions, especially within the recent Canadian seismic context, remain not enough studied and well understood by researchers and practicing engineers. This study aims the assessment of typical hysteresis features changes, especially those associated to low temperatures, on the seismic response and demand of isolated bridges located in eastern and western Canada seismic areas.

Uniform-load method analyses were carried out in accordance with Canadian Highway Bridge Design Code (2006) and similarly developed according to the National Building Code of Canada (2010) in order to define seismic isolation reference system characteristics. Variations on these reference characteristics were introduced to simulate changes caused by cold temperature effects, other causes or within design optimisation. Afterwards, nonlinear time history analyses were performed on simplified “single degree of freedom” linear and nonlinear models and on tridimensional nonlinear ones. Results allowed to assess the seismic behavior of base-isolated bridges (in terms of maximum seismic force, maximum displacement and residual displacement) under changes in hysteretic features and low temperature. In a second step, the effect of pier flexibility was considered to study how it interacts with the previous parameters.

Analyses results showed that changes in the hysteretic characteristics cause substantial changes on seismic demand of isolated bridges and that their effects differ significantly for eastern from western Canada. Cold temperatures, represented by an increase in stiffness and characteristic strength, induce increase in seismic force demand and a decrease in seismic displacement demand. Increasing pier flexibility resulted in a decrease of the seismic force demand. A similar effect was noticed for the seismic displacement demand however such effect became slightly insensitive to changes of the hysteretic characteristics of the isolation system for flexible piles. Temperature effects are found to be gradually more present for west coast forces whilst for east coast they remained important but decrease with the increasing of piers’ flexibility.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la construction". Bibliographie : pages 247-253.
Mots-clés libres: Ponts Fondations et piles Effets des tremblements de terre sur. Ponts Fondations et piles Effets de la température sur. Ponts Fondations et piles Propriétés thermomécaniques. Conception parasismique. Hystérésis. Zones sismiques Canada (Est) Zones sismiques Canada (Ouest) hystérétique, isolateur, propriété, sismique, comportement des ponts isolés à la base, paramètres caractéristiques, basses températures, flexibilité des piles
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Guizani, Lotfi
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 20 oct. 2015 19:08
Dernière modification: 20 oct. 2015 19:08
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1524

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