L'analyse sismique des structures de génie civil est une problématique majeure pour la sécurité des personnes et la pérennité des ouvrages. L'étude expérimentale permet de comprendre le comportement réel de la structure mais occasionne des problèmes de coût important et d'effet d'échelle souvent inévitable dû aux dimensions des structures. D'un autre côté, l'étude numérique propose une bonne approximation du comportement global mais la représentation précise des phénomènes locaux (fissuration, perte de matière, flambement, grands déplacements) dans les zones fortement endommagées est délicate et souvent insuffisante. Ce travail de thèse propose l'élaboration d'une technique de sous-structuration hybride pour coupler un modèle numérique à une plateforme expérimentale. Ainsi, la partie faiblement endommagée de la structure est modélisée numériquement tandis que la partie fortement endommagée est testée expérimentalement. Cette méthode permet de coupler le réalisme de l'expérimental avec le faible coût numérique sans toutefois perdre en précision. Après avoir élaboré une méthode de couplage hybride peu intrusive pour le code de calcul (Cast3m), un modèle d'endommagement anisotrope adapté aux chargement sismique (effet unilatéral, déformations permanentes) est développé dans le cadre de la thermodynamique des milieux continus. Afin de valider la méthode hybride, une étude expérimentale est menée sur une structure type en béton armé. La fissuration de la partie expérimentale est étudiée grâce à la corrélation d'images. Ce travail expose donc une alternative intéressante aux analyses classiques des structures importantes soumises à des sollicitations complexes.

L'analyse sismique des structures de génie civil est une problématique majeure pour la sécurité des personnes et la pérennité des ouvrages. L'étude expérimentale permet de comprendre le comportement réel de la structure mais occasionne des problèmes de coût important et d'effet d'échelle souvent inévitable dû aux dimensions des structures. D'un autre côté, l'étude numérique propose une bonne approximation du comportement global mais la représentation précise des phénomènes locaux (fissuration, perte de matière, flambement, grands déplacements) dans les zones fortement endommagées est délicate et souvent insuffisante. Ce travail de thèse propose l'élaboration d'une technique de sous-structuration hybride pour coupler un modèle numérique à une plateforme expérimentale. Ainsi, la partie faiblement endommagée de la structure est modélisée numériquement tandis que la partie fortement endommagée est testée expérimentalement. Cette méthode permet de coupler le réalisme de l'expérimental avec le faible coût numérique sans toutefois perdre en précision. Après avoir élaboré une méthode de couplage hybride peu intrusive pour le code de calcul (Cast3m), un modèle d'endommagement anisotrope adapté aux chargement sismique (effet unilatéral, déformations permanentes) est développé dans le cadre de la thermodynamique des milieux continus. Afin de valider la méthode hybride, une étude expérimentale est menée sur une structure type en béton armé. La fissuration de la partie expérimentale est étudiée grâce à la corrélation d'images. Ce travail expose donc une alternative intéressante aux analyses classiques des structures importantes soumises à des sollicitations complexes. / The seismic analysis of civil engineering structures is a major problem for the safety of the persons and the sustainability of the structures. The experimental study allows to understand the real behavior of the structure but causes problems of important cost and often inevitable scale effect owed in dimension of the structures. On the other hand, the numerical study proposes a good estimate of the global behavior but the accurate modelling of the local phenomena (cracking, losses of material, buckling, large displacements) in the strongly damaged zones is delicate and often insufficient. This work of this thesis proposes the elaboration of a hybrid technique of sub-structuring to couple a numerical model with an experimental platform. So, the weakly damaged part of the structure is numerically modelled whereas the strongly damaged part is experimentally tested. This method allows to couple the precision and the realism of the experimental with the numerical moderate cost without losing however in precision. Having elaborated a few intrusive hybrid method of coupling for the code of calculation (Cast3m), a anisotropic damage model adapted for seismic load (unilateral effect, permanent strains) is developed within the framework of the thermodynamics of the continuous media. To validate the hybrid method, an experimental study is led on a typical reinforced concrete structure. The cracking of the experimental part is studied thanks to images correlation. This work thus exposes an interesting alternative to the classic analyses of the important structures subjected to complex loading.

Des recherches récentes démontrent que les normes nord-américaines de construction et de dimensionnement des ponts sous-estiment les efforts engendrés lors de collisions de camions ou de barges avec un pont. La majorité des recherches sont menées par modélisations, puisque l’étude d’une collision pleine échelle est très coûteuse. Afin de mener des recherches au sujet des charges d’impact pour l’étude des mécanismes d’endommagement ainsi que des méthodes de réhabilitation, il serait intéressant qu’une méthode d’essai en laboratoire soit développée. Une façon innovatrice de reproduire ces charges serait de procéder par des tests hybrides en temps réel avec un vérin hydraulique dynamique pour l’application des charges. Or, les charges d’impact sont caractérisées en force et le contrôle en force des vérins hydrauliques dynamiques en boucle fermée cause problème. La problématique est due à une faible stabilité de contrôle en boucle fermée ainsi qu’une faible précision des charges appliquées. Ces problèmes peuvent être évités par l’ajout d’un mécanisme flexible entre le vérin et la structure à tester. La déflexion du mécanisme est utilisé comme rétroaction pour contrôler le vérin. En connaissant la rigidité du mécanisme et en contrôlant sa déflexion, un contrôle indirect en force peut être accompli selon la loi de Hooke. Le projet présenté dans ce mémoire consiste à développer et à optimiser un tel mécanisme d’une capacité de [plus ou moins] 50 kN. Son effet sur la stabilité et la performance de la boucle de contrôle est étudié par modélisation et par essais en laboratoire, sa conception et ses principes de fonctionnement sont décrits, son comportement sous sollicitation statique et dynamique est analysé et discuté. Les résultats obtenus montrent l’excellent comportement du prototype sous chargement statique et dynamique ainsi que l’amélioration des performances de contrôle en force avec un vérin hydraulique.

La plupart des bâtiments de moyenne et grande hauteur en béton armé sont munis de murs de refend ductiles afin résister aux charges latérales dues au vent et aux séismes. Les murs de refend ductiles sont conçus selon des règles conception stricts. Ces murs sont généralement conçus de façon à forcer la formation d’une rotule plastique à leur base dans l’éventualité d’un séismemajeur. Lors de la conception d’un mur, l’enveloppe des moments fléchissants ainsi que l’enveloppe des efforts tranchants dans la portion du mur situé au-dessus de la rotule plastique sont basés sur la résistance probable en flexion du mur dans la région de la rotule plastique. Plusieurs études sur les murs de refend conçus selon cette philosophie de conception on fait le constat que l’effort tranchant maximum dans un mur peut être sous-estimé lors d’un séisme, et que des rotules plastiques peuvent également se former à d’autres endroits qu’à la base du mur, ce qui constitue un mécanisme de ruine indésirable. Ces effets sont principalement attribuables à la contribution des modes supérieures à la réponse dynamique globale des bâtiments lors d’un séisme. L’effet des modes supérieurs est particulièrement important dans les bâtiments élancés de grande hauteur ayant une période propre de vibration longue. L’essai pseudo-dynamique avec sous-structure est uneméthode efficace et économique d’évaluer expérimentalement l’effet des modes supérieurs sur le comportement sismique des murs de refend dans les bâtiments. Lors de tels essais, comme la masse du bâtiment est modélisée numériquement, ceci permet de tester des structures à de relativement grandes échelles sans avoir à combattremécaniquement les forces d’inerties générées lors d’un séisme. Dans le cadre de la présente étude, la portion constituant la base d’un mur de refend correspondant à la zone de rotule plastique faisant partie d’un bâtiment de huit étages à l’échelle 1/2,75 a été testé. Les dimensions générales de la portion de mur testée étaient de 1800 mm de longueur, par 2200 mm de hauteur par 160 mm d’épaisseur. Le mur étudié a été conçu selon l’édition 2015 du Code National du Bâtiment du Canada (CNBC 2015) ainsi que selon la norme CSA A23.3-14 (Calcul des ouvrages en béton), où le facteur d’amplification de l’effort tranchant causé par l’effet des modes supérieurs n’a pas été pris en compte. Lors des essais pseudo-dynamiques avec sous-structure, une nouvelle méthode de contrôle à trois degrés de liberté convenant à des spécimens d’essai très rigides axialement a été développée et validée. Une procédure novatrice de redémarrage d’un essai interrompu en cours de route a également été développée et validée. Lors des essais, le bâtiment de huit étages incluant la portion de mur dans le laboratoire a été soumis à trois séismes. Le premier séisme était de très faible intensité, l’intensité du deuxième séisme correspondait au séisme de conception, et le troisième séisme correspondait au séisme de conception dont l’intensité a été doublé. Durant les deux séismes de forte intensité, le mur testé s’est comporté de manière ductile et des fissures de cisaillement et de flexion importantes ont été observées. Même si l’effort tranchant maximum mesuré durant le séisme de conception a atteint 2,16 fois la valeur de conception du mur, et 3,01 fois la valeur de conception du mur dans le cas du séisme amplifié, aucun mécanisme de ruine n’a été observé. Suite aux essais pseudo-dynamiques avec sous-structure, un essai par poussée progressive a également été effectué. Les résultats des essais pseudo-dynamiques avec sous-structure portent à croire que la valeur de l’effort tranchant de conception d’un mur selon la norme CSA A23.3-14 est sous-estimé. De plus, l’essai poussée progressive a permis de démontrer que lemur était beaucoup plus résistant qu’anticipé, puisque l’effort tranchant avait été sous-estimé lors de la conception. L’essai par poussée progressive a également permis de démontrer que le mur peut atteindre des niveaux de ductilité en déplacement supérieur à celui prévu par la norme CSA A23.3-14. / Abstract: Most mid- and high-rise reinforced concrete (RC) buildings rely on RC structural walls as their seismic force resisting system. Ductile RC structural walls (commonly called shear walls) designed according to modern building codes are typically detailed to undergo plastic hinging at their base. Both the design moment envelope for the remaining portion of the wall and the design shear forces are evaluated based on the probable flexural resistance of the wall in the plastic hinge region. Several analytical studies have shown that so-designed structural walls can be subjected to shear forces in excess of the design values. Plastic hinging can also develop in the upper portion of the walls. These effects are mainly attributed to higher mode response and, hence, are more severe in taller or slender walls with long fundamental periods. Considering the literature, there is a significant uncertainty regarding the behavior of the structural walls under the higher mode of vibrations excited under earthquake excitations. Hybrid testing is an effective experimentalmethod to study the natural behaviour of structures such as shear walls. The hybrid testing method enables the simulation of the seismic response of large structural elements like RC shear walls without the need to include large masses typically encountered in multi-storey buildings. In this study a barbell shaped RC shear wall specimen of 1800mm in length including a 300mm × 300mm boundary element at each end that is 2200mm in height, and 160mm thick was investigated. A test specimen corresponding to the base plastic hinge zone of an 8-storey shear wall was tested in a laboratory evolvement whilst the reminder of the building structure was modeled numerically. The reference wall was scaled down by a factor of 1/2.75 to obtain dimensions of the test specimen. The RC wall was designed in accordance with the 2015 edition of the National Building Code of Canada (NBCC 2015) and the Canadian Standard Association A23.3-14 code. The amplification of the base design shear force accounting for the inelastic effects of higher modes specified by the CSAA23.3-14 standard was not taken into account in order to evaluate the amplification experimentally. In order to investigate the response of ductile RC walls under earthquake ground motions and track the effect of the higher vibration modes on the shear force demand, three earthquakes with different intensities were applied on the hybrid model successively. The RC wall exhibited a ductile behaviour under the ground motions and flexural and shear cracks developed all over the height of the wall. In spite of amplifying the shear force demand by a factor of 2.16 under the design level earthquake and 3.01 under a high intensity earthquake, no shear failure was observed. The test results indicated that the amplification of the design shear forces at the base of ductile RC shear walls are underestimated by the CSAA23.3-14 standard. A new method for controlling three degrees of freedomin hybrid simulation of the earthquake response of stiff specimens was developed and verified in this study. Also, an innovative procedure to restore an interrupted hybrid test was programmed and verified. The hybrid tests were followed by a push-over test under a lateral force distribution equal to the square root of sum of the squares of the first five modes in order to evaluate the displacement ductility of the RC wall. Findings of the final push-over test showed that the tested ductile RC wall can withstand higher displacement ductilities than the presented levels in the NBCC 2015.