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Vulnérabilité sismique des piles de ponts rectangulaires sous-armées dans l'Est Canadien

Chiomento, Arnaud (2012). Vulnérabilité sismique des piles de ponts rectangulaires sous-armées dans l'Est Canadien. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Lors de mouvements sismiques bidirectionnels, l’intégrité d’un pont dépend de la capacité de ses colonnes à se déformer sans se rompre. Ce sont les armatures longitudinales et transversales qui permettent aux colonnes de se déformer dans le domaine inélastique. Les codes de conception parasismique prescrivent des exigences visant à limiter la quantité minimale d’armatures longitudinales. La norme canadienne de conception des ponts (CSA, 2006) prescrit un taux minimum d’armatures longitudinales de 0,8%. Cette limite vise à éviter la plastification passive des armatures lors du retrait et du fluage du béton. Toutefois, les résultats de travaux de recherche récents montrent que cette exigence pourrait être assouplie sous réserve de prévoir un confinement adéquat. L’objectif de cette étude est d’évaluer la vulnérabilité sismique des piles de ponts rectangulaires sous-armées pour l’Est du Canada.

Des analyses élastiques spectrales ainsi que des analyses dynamiques temporelles non linéaires ont été réalisées sur un modèle de pont type afin d’évaluer le comportement des piles. Les composantes horizontales des accélérogrammes des séismes de Nahanni (23 décembre 1985) et du Saguenay (25 novembre 1988) ont été sélectionnées puis calibrées selon le Code National du Bâtiment du Canada (CNBC, 2005) afin de les rendre représentatives des classes de sol A, C et D. Les spectres d’accélération ont été utilisés pour déterminer les efforts sismiques provenant des analyses spectrales et les accélérogrammes ont été utilisés dans le cadre d’analyses temporelles non linéaires pour déterminer les déformations du béton et des aciers, les déplacements en tête et les efforts maximaux à la base des colonnes.

Quatre modèles de colonnes contenant respectivement un taux de 0,31%, 0,51%, 0,83% et 1,08% ont été utilisés. Les déformations dans les fibres de béton de recouvrement, les fibres des armatures et les fibres de béton confiné ont été évaluées et analysées. Des rotules plastiques ont été disposées à la base et en tête des colonnes. Les résultats révèlent que toutes les colonnes ont adopté un comportement ductile satisfaisant. Toutefois, la colonne armée à 0,31% a présenté des dommages significatifs. Les autres colonnes, incluant celle armée à 0,56%, ne présentent que des dommages modérés. Les résultats de cette étude permettent de conclure à un possible assouplissement de l’exigence relative au taux minimal d’armature longitudinale dans les piles de ponts. Cette valeur minimale de 0,8% prescrite par le CSA-S6 pourrait être abaissée à 0,5% sans compromettre le bon comportement sismique des piles de ponts.

Résumé traduit

Under bidirectional earthquake ground motions, the performance of bridges depends on the ability of the columns to withstand large deformations without shear or flexural failures. It has been shown that high level of ductility is ensured if sufficient and adequate confinement is provided in the column section. Modern seismic design codes include specifications to limit the minimal amount of longitudinal reinforcement. The Canadian Standards Association’s code, the CSA-S6, specifies that the area of longitudinal reinforcement shall not be less than 0,8% of the gross section. This limit is aimed to prevent excessive creep and shrinkage cracking. Past and recent researchs indicate that it could be possible to reduce the 0.8% lower limit for longitudinal steel if adequat confinement is provided. The objective of this research is to assess the seismic vulnerability of brige columns with low longitudinal steel ratios located in Eastern Canada.

A numerical bridge model was developed with Opensees to carry out the study according to the specifications of the Canadian Highway Bridge Design Code (CSA-S6). A series of response spectrum analysis and nonlinear dynamic time history analysis have been performed to investigate the seismic behavior of bridge columns under bidirectional earthquake ground motions. The orthogonal ground motion components from 1988 M5,7 Saguenay and 1985 M6,5 Nahanni earthquakes were used. For Saguenay, the records from the stations Chicoutimi-Nord, Les Éboulements and Saint-André have been selected and transformed for each soil category of the CNBC-2005. Design Spectra have been used to determine earthquake forces while bidirectional ground motion signals have been used in nonlinear time history analysis to examine the seismic response of the bridge columns.

Four columns with 0,31%, 0,56%, 0,83% and 1,08% steel ratios have been design to assess the behavior of bridge columns with low longitudinal steel ratios. The bridge columns were modeled using nonlinear beam column with fiber section to analyse the state of the confined and unconfined concrete, as well as the reinforcing steel fibers. Two fiber hinges have been assigned both at top and bottom of each column as specified in the CSA-S6. Results indicate that the four columns have shown a satisfactory seismic behavior. The determination of ductility reveals that the 0,31% steel ratio column presents significant level of damage. However, the others columns, including the one with 0,56% steel ratio, present moderate damages. The results of this study suggest that the current CSA-S6-06 limit could be reduced from 0,8% to 0,5%.

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. [255]-260.
Mots-clés libres: Ponts Fondations et piles Effets des tremblements de terre sur. Analyse fonctionnelle non linéaire. Béton Ductilité. Ponts Conception et construction Normes. Zones sismiques Canada (Est) Armature, Longitudinal, Pont, Rectangulaire, Sous-armé, Taux, Pile de ponts, Analyse temporelle non linéaire, Comportement sismique bidirectionnel
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: 11 avr. 2012 20:41
Dernière modification: 03 mars 2017 00:27
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/989

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