Étude du comportement des amortisseurs métalliques en U sous charges cycliques en vue de leur utilisation pour l’isolation sismique au Canada

Rossignol, Charles (2025). Étude du comportement des amortisseurs métalliques en U sous charges cycliques en vue de leur utilisation pour l’isolation sismique au Canada. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’isolation sismique à la base est reconnue comme une solution efficace pour améliorer la résilience des ponts face aux aléas sismiques. Elle réduit la demande en force sismique tout en contrôlant les déplacements sismiques. Toutefois, les dispositifs d'appuis classiques, comme les appuis en caoutchouc naturel fretté (NRB), présentent des limites comme une capacité de dissipation d'énergie insuffisante, ce qui restreint leur utilisation en tant que système d'isolation. Ce mémoire explore le développement et l’optimisation des amortisseurs métalliques en forme de U (UD), conçus pour être combinés aux NRB afin d’améliorer leur performance, en tant qu’isolateurs sismiques, et répondre aux exigences des normes sismiques modernes.

L’étude combine des approches analytiques, numériques et expérimentales pour évaluer les paramètres clefs du comportement hystérétique et la résistance en fatigue des UD sous différents types de chargements : monotones, cycliques et de fatigue. Deux géométries principales (UD1 et UD4) et trois nuances d’acier (260W, 350W et B400) ont été examinées. Les résultats montrent que la géométrie et l’orientation des charges influencent fortement la réponse mécanique et la durabilité des UD. L’impact des nuances d’acier, plus limité, influence principalement les forces maximales atteintes. Les essais en fatigue de service révèlent également une corrélation entre la dégradation de la rigidité de déchargement et la rupture des dispositifs.

Les modèles analytiques et numériques validés dans ce mémoire prédisent de manière fiable la rigidité initiale et la limite élastique des UD. Cependant, des ajustements sont nécessaires pour capturer les comportements complexes liés aux déformations hors du plan et aux phénomènes de torsion. Enfin, des recommandations sont formulées pour optimiser les UD et explorer des systèmes hybrides NRB-UD, répondant ainsi aux nouvelles exigences des normes sismiques.

Titre traduit

Study of the behavior of U-shaped metallic dampers under cyclic loading for seismic isolation applications in Canada

Résumé traduit

Seismic base isolation is recognised as an effective solution for improving the earthquakeresistant design of bridges. It reduces the seismic force demand while controlling seismic displacements. However, conventional bearing devices, such as reinforced natural rubber bearings (NRBs), have limitations including insufficient energy dissipation capacity, which precludes their use as isolation systems. This master thesis explores the development and optimisation of metallic U-shaped dampers (UD), designed to be combined with NRBs to improve their overall performance, as seismic isolators, and meet the requirements of the latest seismic standards.

The study combines analytical, numerical and experimental approaches to quantify the key parameters of the hysteretic behaviour and fatigue resistance of UDs under different types of loading: monotonic, cyclic and fatigue. Two main geometries (UD1 and UD4) and three steel grades (260W, 350W and B400) were considered. The results show that geometry and load orientation have a strong influence on the mechanical response and durability of UDs. The more limited impact of steel grades mainly influences the maximum forces generated. Service fatigue tests also reveal a correlation between degradation of unloading stiffness and device failure.

The analytical and numerical models validated in this thesis reliably predict the initial stiffness and yield strength of UDs. However, adjustments are required to capture the complex behaviour associated with out-of-plane deformations and torsional phenomena. Ultimately, recommendations are made for optimising UDs and exploring hybrid NRB-UD systems, thereby meeting the new requirements of seismic standards.

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 la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 299-314).
Mots-clés libres:	isolation sismique, amortisseurs métalliques en U, fatigue oligocyclique, modélisation numérique, déformations inélastiques, capacité de dissipation d'énergie
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Guizani, Lotfi
Codirecteur:	Codirecteur Bouaanani, Najib
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	23 mai 2025 18:58
Dernière modification:	23 mai 2025 18:58
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3611

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