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Caractérisation de l’effet de la non-linéarité sur les accélérations et spectres de plancher horizontaux dans un bâtiment en béton armé avec des murs de refend ductiles

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Abouda, Amine (2022). Caractérisation de l’effet de la non-linéarité sur les accélérations et spectres de plancher horizontaux dans un bâtiment en béton armé avec des murs de refend ductiles. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce projet vise à évaluer l’effet de la non-linéarité de la structure et des composants non structuraux (CNS), des modes supérieurs, du poids des CNS, de l’intensité des séismes et de l’emplacement de CNS sur la demande sismique des CNS dans un bâtiment ductile en béton armé avec des murs de refend, lorsque soumis à des séismes artificiels pour deux probabilités de dépassement de 2 et 10 % sur 50 ans. Ces séismes sont compatibles avec le spectre de l’aléa uniforme de Montréal spécifié dans l’édition 2015 du Code National du Bâtiment (CNB).

La conception sismique des CNS est généralement basée sur des équations empiriques pour estimer les forces statiques équivalentes, Vp. L’équation proposée dans le CNB ne tient pas compte des propriétés dynamiques des CNS et du bâtiment sur lequel ils sont montés ni la ductilité de la structure porteuse. À cette fin, les demandes sismiques ont été évaluées dans un bâtiment en béton armé avec des murs de refends de 12 étages situé à Montréal. L’amplification au niveau x pour tenir compte de la variation de réponse des CNS dans le bâtiment en fonction de la hauteur (Ax), le facteur d’amplification de réponse en termes d’accélération (Ar) et les spectres de réponse de planchers en termes d’accélérations (SRP) sont générés en effectuant une analyse dynamique linéaire et non linéaire à l’aide des logiciels SAP2000® et Perform 3 D. L’effet de la non-linéarité de la structure porteuse et des CNS de même que l’emplacement des CNS sur Ax, Ar et SRP ont été évalués. Aussi les demandes sismiques sont comparées à celles proposées dans les codes (CNB 2015, ASCE-07- 16, NIST GCR 18, Eurocode 8) et une méthode proposée par Vukobratović et Ruggieri (2021).

Il s’est avéré que le comportement non linéaire de la structure porteuse exerce une influence significative sur les réponses d’accélérations du plancher. De plus, l’augmentation du taux d’amortissement, et donc une augmentation de la ductilité (la non-linéarité) des CNS mène généralement à une réduction dans les valeurs de SRP. Les accélérations au niveau des CNS peuvent différer fortement des accélérations du plancher. Les SRP n’augmentent pas progressivement avec la hauteur de la structure. Les accélérations sont plus importantes près des modes supérieurs qu’aux alentours du mode fondamental. Les demandes sismiques en force sont augmentées relativement avec l’augmentation du poids des CNS. Le facteur Ax suggéré par le CNB 2015 est conservateur pour les modèles élastiques et inélastiques, sauf au toit du bâtiment lorsque des masses pourraient être concentrées, tandis que la valeur de Ar est sous-estimée. Généralement, l’Eurocode 8 sous-estime la demande d’accélération sur les CNS pour les périodes proches celles des périodes de modes supérieurs de la structure. La méthode directe de Vukobratović et Ruggieri (2021) appliquée a fourni une bonne estimation du SRP, surtout dans les étages supérieurs.

Titre traduit

Characterization of the effect of non-linearity on horizontal accelerations and floor spectra in a reinforced concrete building with ductile shear walls

Résumé traduit

This project aims to evaluate the effect of the structure and non-structural components (NSC) nonlinearity, higher modes, NSC weight, the earthquake intensity, and NSC location on the seismic acceleration demands of NSCs in a ductile reinforced concrete building with shear walls when subjected to artificial earthquakes for two probabilities of exceedance, 2% and 10% over 50 years. These earthquakes are consistent with the Uniform Hazard Spectrum (UHS) of Montreal specified in the 2015 edition of the National Building Code (NBC).

Seismic design of NSC is generally based on empirical equations to estimate the equivalent static forces, Vp. This equation does not take into account the dynamic properties of the NSC and the building on which they are mounted, nor the ductility of the building. For this purpose, the floor accelerations and spectra were evaluated in a 12-storey reinforced concrete building with shear walls located in Montreal. The amplification of accelerations at level x to account for the variation of NSC response in the building as a function of height (Ax), the response amplification factor (Ar) and the acceleration floor response spectra (FRS) are generated by performing linear and non-linear dynamic analysis using SAP2000® and Perform 3D softwares. The effect of the non-linearity of the supporting structure and the NSCs as well as the location of the NSCs on Ax, Ar and FRS were evaluated. Also, the seismic demands were compared with those proposed in the codes (NBC 2015, ASCE-07-16, NIST GCR 18, Eurocode 8) and a method proposed in the literature by Vukobratović et Ruggieri (2021).

It was found that the nonlinear behavior of the supporting structure has a significant influence on the seismic floor acceleration demands. Increasing the damping ratio, and thus increasing the ductility (nonlinearity) of the NSC generally leads to a reduction in the FRS values. Accelerations at the NSC center of mass can differ greatly from floor accelerations. The FRS does not increase gradually with the height of the structure. The accelerations are larger near the higher modes than around the fundamental mode. Seismic demands are increased relatively with increasing CNS weight. The Ax factor suggested by the NBC 2015 is conservative for both elastic and inelastic models, except at the roof of the building where additional loads could be concentrated, while the value of Ar is underestimated. Eurocode 8 underestimates the acceleration demand on the NSC whose periods are close to the periods of higher modes of the structure. The direct method of Vukobratović et Ruggieri (2021) provided a good estimate of the FRS generally, especially in the upper floors.

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 avec mémoire en génie de construction". Comprend des références bibliographiques (pages 141-147).
Mots-clés libres: accélérations et spectres de réponse du plancher, composants non structuraux, analyse non-linéaire, béton armé avec murs de refends
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Assi, Rola
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 09 juin 2022 15:27
Dernière modification: 09 juin 2022 15:27
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3005

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