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Effets de la catégorisation sismique des sites sur l'évaluation de la vulnérabilité sismique des ponts de la ville de Québec

Galy, Bertrand (2009). Effets de la catégorisation sismique des sites sur l'évaluation de la vulnérabilité sismique des ponts de la ville de Québec. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La catégorisation des sites occupe une place prédominante dans l'évaluation sismique des ouvrages : leurs propriétés peuvent modifier les mouvements sismiques les rendant plus dommageables. L’objet de cette étude sera donc d’analyser la réponse des ponts en fonction du type de sol sous-jacent. Dans le cadre de ce mémoire, seul le cas de la ville de Québec et des ponts routiers et autoroutiers sous sa juridiction sera traité.

Une étude statistique pour les ponts de la ville de Québec a été menée afin de déterminer un modèle numérique de pont qui soit représentatif des ponts de cette ville. À la vue de l’âge moyen de ces ouvrages, ce modèle a été dimensionné selon le code S6-74. Puis, des simplifications ont été intégrées dans la modélisation en trois dimensions sous SAP2000. Des rotules plastiques, calculées d’après le FEMA 356, ont été intégrées en pieds de colonnes.

Lors de séismes importants les ouvrages peuvent être amenés à exhiber un comportement non linéaire. De fait, le choix s’est porté sur des analyses non linéaires temporelles en intégration directe. Le choix s’est porté sur quatre signaux sismiques historiques : Saguenay stations Saint– André, Chicoutimi Nord et Les Éboulements ainsi que Nahanni, station Battlement Creek. Ces signaux ont ensuite été transformés à l’aide du logiciel Shake 2000 pour chaque catégorie d’emplacement du CNBC 2005. Afin de représenter au mieux la transformation d’un site réel, la base de données des forages de la ville de Québec a été utilisée pour modéliser les colonnes de sol. Enfin, les signaux transformés ont été calibrés sur les spectres uniformes de risque sismique du CNBC 2005 (2% en 50 ans) pour la ville de Québec.

Plusieurs analyses ont été menées : linéaires temporelles modales, non linéaires en intégration directe (Newmark -β), dans le sens longitudinal et dans le sens transversal. On peut observer en particulier que les réponses dans le sens transversal sont très faibles comparativement à celles du sens longitudinal. La réponse de l’ouvrage s’amplifie très nettement lorsque la qualité du sol se dégrade. On assiste à la formation de rotules plastiques dès la catégorie de site C. Parfois le déplacement permanent est plus important sur site D que sur site E bien que l’énergie dissipée dans la rotule soit plus importante sur site E. Le niveau de ductilité atteint reste très en deçà de la limite de sécurité des usagers. Enfin, les résultats indiquent que les facteurs d’amplification du CNBC 2005 sont peut être sous estimés pour la ville de Québec et pour ce type de structure.

Titre traduit

Effects of seismic site categorization on the seismic vulnerability evaluation of Quebec city's bridges

Résumé traduit

The site categorization is one of the most fundamental factors to consider in the seismic evaluation of structures: the soil properties can amplify the seismic movements and make them more harmful. The objective of this study is to analyze the bridge seismic response on different site categories. In this memoir the particular case of Quebec City and its bridges will be discussed.

A statistic study on the bridges of Québec City was performed in order to draw a sample numerical model fairly representative of the bridges of this city. According to the average age of this type of structures, the model has been designed on the basis of the S6-74 code. Then, some simplifications were applied on the 3D SAP2000 model in order to reduce the calculating time and to simplify the results interpretation. Plastic hinges, designed in accordance with the FEMA 356, were added at the bottom of the columns.

During major earthquakes, structures may exhibit a non linear behavior. Therefore, non linear time-history analyses were performed. Four historic seismic signals were used: Saguenay, stations Saint – André, Chicoutimi Nord and Les Eboulements, and Nahanni, station Battlement Creek. These seismic signals were transformed for each site category of the CNBC 2005 using the Shake 2000 software. In order to eliminate bias in this transformation, core drillings of Québec City were modeled as columns in the Shake 2000 software. Finally, those transformed signals were calibrated on the uniform hazard spectra in accordance with the CNBC 2005 code.

Numerous analyses were performed: linear modal time-history, non linear direct integration time-history (Newmark-β), in the longitudinal and transverse directions. The following observations can be made. The transverse response is very small compared to the longitudinal response. The overall response of the bridge increases with the deterioration of the site category. Plastic hinges start to appear on site C. In some cases, the permanent displacement is greater on site D than on site E although the greater dissipation of energy in the plastic hinge. The ductility level is far from reaching the Life Safety level. Finally, the results indicate that the CNBC 2005 amplification factors are underestimated for this city and
this type of structure.

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". Bibliogr : f. [201]-206.
Mots-clés libres: Tremblements de terre. Ponts Québec (Province) Québec. amplification, calibration, categorie, categorisation, evaluation, sismique, site, vulnerabilite
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Khaled, Amar
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Nollet, Marie-José
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 17 août 2010 20:13
Dernière modification: 05 janv. 2017 22:11
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/47

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