De par leur grande résistance et leur faible poids propre, les pylônes à treillis s’avèrent être une structure de choix pour transporter l’électricité sur les grandes distances qui séparent les lieux de production des centres urbains. Dans la pratique, le design de ces structures se fait généralement par une analyse linéaire élastique en considérant des connexions rotulées et des membrures soumises uniquement à des efforts axiaux. Le manque de précision de cette méthode oblige la réalisation d’essais grandeur réelle pour s’assurer que le pylône est sécuritaire et économique. Cette opération est coûteuse et retarde l’avancement des projets. Le but ultime de ce travail de recherche est de développer une procédure numérique simple et accessible aux ingénieurs de la pratique afin d'améliorer la prédiction de la capacité et du mode de rupture des pylônes à treillis. Au niveau de la modélisation, les cornières ont été modélisées par des éléments poutre de Timoshenko avec gauchissement. Les connexions sont, quant à elles, représentées par des éléments discrets affectés aux extrémités des barres et dont le comportement est linéaire élastique. Les rigidités en translation sont infiniment rigides alors que celles en rotation sont déterminées par une modélisation volumique. Enfin, les excentricités sont prises en compte par des liens rigides entre le centre de gravité et le point d’attache. Du côté de la méthode de calcul, la contrainte critique de flambement élastique F[indice inférieur e] est déterminée par une analyse de flambement linéaire plutôt que par la méthode des longueurs effectives. Ensuite, la résistance de la barre est calculée en suivant la même procédure que les normes. Plusieurs modes sont ainsi analysés de manière à couvrir les différentes configurations d’attache d’une cornière dans un pylône. La méthode ainsi développée a été comparée aux résultats d’essais expérimentaux sur 12 pylônes ainsi qu’aux résultats calculés avec différentes normes de conception. Il en ressort que la méthode prédit bien la résistance et donne des résultats comparables aux normes. Les barres avec un faible élancement comme les membrures jambes sont les mieux prédites. La procédure élaborée permet donc d’augmenter la précision du calcul de la capacité ultime et du mode de rupture des pylônes. Cette amélioration est d’intérêt car elle répond aux besoins de l’industrie des lignes de transport d'électricité, des partenaires industriels du projet et de la chaire de recherche Hydro-Québec/RTE - Structures et mécanique des lignes de transport d'énergie électrique. En effet, elle pourrait éventuellement permettre de diminuer les coûts de construction en réduisant le recours aux essais pleine échelle et en donnant des outils aux ingénieurs pour optimiser leur design. Elle facilitera également la réalisation d’essais hybrides.

Présentement, les pylônes à treillis en acier sont les structures supportant les lignes électriques qui sont les plus présentes dans les réseaux existants. Ces types de structures représentent une solution économique qui permettent de franchir des portées très grandes tout en étant très faciles à construire. Bien qu'elles soient souvent considérées comme inesthétiques, il y a fort à parier qu'elles seront encore utilisées dans les conceptions nouvelles du fait qu'elles possèdent des atouts importants. Les pylônes à treillis en acier sont majoritairement constitués de cornières qui possèdent l'avantage de pouvoir être assemblées facilement ce qui diminue ainsi de beaucoup les problèmes de construction. Il est donc d'un intérêt primordial de maîtriser cette composante structurale des pylônes à treillis en acier et de connaître l'efficacité de ses principales normes de calcul. Ce mémoire se consacre donc à vouloir comparer les différentes normes en lien avec l'approche colonne (approche de calcul ne demandant pas d'intégrer la flexion due aux excentricités des connexions dans les calculs) pour le calcul des cornières simples en compression, à ailes égales. Le projet de recherche tente aussi de faire mieux comprendre le comportement non linéaire des membrures afin qu'éventuellement on puisse prédire plus précisément le comportement post-élastique des pylônes à treillis en acier. Les objectifs de ce projet de recherche sont donc: (1) d'effectuer des essais expérimentaux sur des cornières simples en compression (membrures contreventements), à ailes égales, dans un environnement structural de pylône à treillis, afin de comparer les résultats de résistances avec ceux de l'application des normes suivantes, selon une approche de calcul colonne: CSA S16-01, AISC-LRFD (2005), ASCE (Manuel 10-97), CSA S37-01 et EUROCODE 3; (2) de décrire le comportement non linéaire des cornières à l'étude. Le contenu de ce mémoire permet d'affirmer que la norme ASCE 10-97 semble être la méthode la plus appropriée pour la conception des contreventements dans les pylônes à treillis. En général, il permet aussi de constater que le comportement non linéaire des cornières semble pouvoir être raisonnablement bien prévisible.

Étant donné la distance entre ces principaux centres de production hydro‐électrique et ces grands centres de consommation d’énergie, le Québec est doté d’un réseau de transport d’énergie s’étendant sur plusieurs centaines de kilomètres. Les pylônes d'acier couramment utilisés dans le transport d’énergie sont exposés à des contraintes environnementales et mécaniques pouvant diminuer leur capacité à long terme. Pour effectuer une gestion efficace du réseau de transport d’énergie et assurer son intégrité, il faut avoir des méthodes pour évaluer l'effet de ces contraintes sur la capacité des cornières d'acier composant ces pylônes. Dans ce document, un concept préliminaire de courbes d’usure permettant d’évaluer la capacité résiduelle de cornières d’acier en fonction de l'âge et de l'emplacement géographique du pylône est développé. Plus de 250 essais en compression réalisés sur des cornières d’acier sont répertoriés pour comparer l’exactitude de différentes normes quant à l’évaluation de la résistance en compression de cornières. Les cinq normes à l’étude sont la CAN/CSA S16‐09 (2009), l’ANSI/AISC 360‐05 (2005), l’ASCE 10‐97 (1997), l’Eurocode 3 (2003), la CAN/CSA S136‐07 (2010). Une lacune au niveau de l’évaluation de la capacité des cornières avec un ratio largeur sur épaisseur d’aile élevé a été identifiée dans la norme S16‐09. En effet, la méthode utilisée dans cette norme surestime l’effet du flambement de plaque et par conséquent sous‐estime la capacité réelle des cornières. Une méthode alternative basée sur la celle de la norme S16‐09 a été développée pour remédier à ce problème. La nouvelle méthode offre de meilleurs prédictions pour la presque totalité des spécimens à l'étude. Des notions de fatigue et de corrosion de l'acier, de vent et de résistance en traction de cornières sont aussi brièvement abordées. Ensuite, une méthode théorique pour quantifier l’endommagement en fatigue des cornières composant un pylône a été développée. Cette méthode consiste à évaluer à l’aide de lois statistiques la probabilité d'occurrence des vitesses de vent rencontrées sur divers sites au Québec. À l’aide de ces vitesses, l’endommagement mécanique des membrures composant les pylônes est évalué avec la loi d’endommagement de Miner en fonction de l’intensité du vent rencontré pour les différents sites. Finalement, des essais de traction et de compression ont été réalisés sur plus de 96 cornières ayant des niveaux d’endommagement mécanique différents. Cet endommagement est induit à l’aide d’un montage permettant d'appliquer un chargement cyclique en traction aux spécimens. À l’aide de la méthode développée et des résultats des essais, des courbes d’usure prévoyant la capacité résiduelle d’une cornière en fonction de son endommagement ont pu être tracées.