L’utilisation de platelages en aluminium dans les ponts est récente et peu répandue comparativement aux matériaux plus traditionnels tels que l’acier et le béton. Malgré l’introduction récente du chapitre 17 dans la norme canadienne des ponts routiers (CAN/CSA-S6) sur l’utilisation de l’aluminium structural dans les ponts, les connaissances concernant le comportement structural du platelage en aluminium restent limitées. Ainsi, les spécifications du code pour la conception ne fournissent pas des méthodologies suffisantes pour les vérifications de la résistance et de l’état limite d’utilisation. Par exemple, le calcul des fractions de charge de camion à l’aide de la méthode simplifiée pour la distribution transversale dans les platelages en aluminium est basé sur des valeurs spécifiées pour les platelages en madrier de bois, ce qui semble restrictif. Un autre exemple concret est lié au calcul du moment plastique qui permet d’établir la résistance du pont en flexion. La méthode simplifiée de calcul de la largeur effective dans le cas où il y aurait action composite n’est pas adaptée pour un platelage ayant une section alvéolée comme c’est le cas du platelage en aluminium. Une analyse utilisant les méthodes d'éléments finis est nécessaire pour établir ces paramètres de conception. Dans ce mémoire, une étude de la répartition transversale des charges de trafic pour des dispositions d’extrusions longitudinales et transversales par rapport aux poutres en acier est effectuée à l’aide de la méthode des éléments finis. Plusieurs modèles de ponts sont réalisés afin d’étudier l’influence de la portée et de l’espacement des poutres sur les fractions de charge de camion ainsi que sur l’aire effective du platelage dans le cas d’action composite parfaite. Une comparaison avec les valeurs préconisées par la norme CAN/CSA-S6-14 ainsi qu’une comparaison entre les deux types de dispositions sont également effectuées. Il a été déterminé que la norme surestime grandement les valeurs des fractions de charge de camion, allant jusqu’à une surestimation de 25% à 40%. De plus, il s’est avéré que les fractions de charge de camion calculées pour les modèles ayant les extrusions transversales aux poutres étaient toujours inférieures à celles calculées pour les modèles ayant les extrusions installées longitudinalement aux poutres. Pour ce qui est des résultats concernant l’aire effective, les valeurs obtenues avec les extrusions parallèles aux poutres étaient plus basses que celles obtenues avec les extrusions transversales. Enfin, lors de la comparaison avec les valeurs de la norme pour un platelage en béton, les aires effectives trouvées à l’aide des modèles étaient toujours inférieures à celles de la norme. / The use of aluminium decks in bridges has received attention in recent years, as the bridge engineering community discovers the advantages of this material compared with the traditional construction materials such as steel and concrete. Despite the recent introduction of Chapter 17 in the Canadian Highway Bridge Design Code, CAN/CSA S6, which permits engineers to use aluminium for bridge construction, the structural design application still remains a daunting task. Essentially, the code’s specifications for design do not provide concise and detailed methodologies for strength and serviceability verifications. As an example, for the simplified traffic load analysis, it appears that the factors for transverse distribution of traffic loads specified for aluminium bridge decks are based on values specified for wood plank decks, which appears insufficient. Another practical example relates to the determination of the plastic moment required to establish the bending moment capacity for the bridge section. Considering that a bridge deck solution in aluminium consists of a multi-cellular section made from extrusions, the application of the simplified method in determining the effective width of the deck section becomes a non-trivial task. A refined analysis using finite element methods is required to establish these design parameters for an optimized bridge solution in aluminium. In the present study, a finite element analysis is carried out to investigate the transverse distribution of traffic load on aluminium decks made from longitudinal and transverse extrusions, supported by steel girders. A number of bridge models are developed to study the influence of girder spacing and bridge span on the truck load fraction for aluminium decks and for establishing the effective area for the composite aluminium deck with steel girder system. It was determined that the code largely overestimates the values of truck load fractions, up to 25% to 40%. In addition, it was found that the truck load fractions calculated for models with transverse extrusion arrangements were always lower than those calculated for models with longitudinal extrusion. The transverse arrangement is therefore more effective in transferring truck loads to supporting girders. With respect to the effective area, the study showed that these values were lower for longitudinal extrusions than transverse extrusions. Finally, when compared with the values obtained using the simplified method by the code for a concrete deck, the effective areas determined were lower than those obtained from the code.

L’aluminium est le matériau tout désigné pour les donneurs d’ouvrage étant à la recherche de matériaux plus durables pour les ponts routiers. Alliant un excellent ratio résistance/poids à une excellente résistance naturelle à la corrosion, son utilisation sous la forme d’un platelage extrudé connecté à des poutres d’acier assure une structure plus légère et requérant beaucoup moins d’entretien que les structures traditionnelles. Toutefois, la légèreté de l’aluminium, qui est un avantage important lors de la conception de la structure sous-jacente ainsi que lors de la construction, peut se révéler être un défi important d’un point de vue dynamique, en raison des fréquences de vibration qu’elle produit. Considérant que le code canadien sur le calcul des ponts routiers prescrit l’utilisation d’un coefficient de majoration dynamique (CMD) pour prendre en compte les effets dynamiques lors de la conception, et que la valeur de ce coefficient est basée sur le comportement dynamique des ponts traditionnels, des interrogations sont soulevées quant à l’applicabilité de ce coefficient pour des ponts à platelage d’aluminium, ayant un comportement dynamique différent. Afin de répondre à ces questions, des modèles dynamiques simplifiés permettant de représenter deux camions canadiens actuels, le CL-625 et le train double B, ont été développés et implémentés dans Abaqus. Par la suite, ces modèles furent utilisés afin de réaliser plusieurs séries d’analyses dynamiques, cherchant à évaluer l’impact sur la réponse du pont de divers paramètres et comparer les résultats obtenus aux valeurs prescrites. Les résultats obtenus dans cette étude, qui se veut le point de départ de l’analyse du comportement dynamique des ponts à platelage d’aluminium, semblent indiquer qu’en dépit d’un comportement dynamique différent, les valeurs de CMD prescrites par le code canadien sont sécuritaires pour des ponts à platelage d’aluminium. Toutefois, de nombreuses autres études seront nécessaires avant d’émettre des recommandations finales. / Aluminium is a material of choice for any highway bridge owners looking for more durable materials. Combining an excellent strength to weight ratio with an excellent corrosion resistance, an extruded aluminium deck connected to steel girders provides a lighter structure and requires less maintenance than the usual materials, such as steel or concrete. However, the aluminium’s lightweight, which is a huge advantage for the foundations design as well as for the construction, can become a concern when the bridge’s dynamic behavior is considered, due to its higher vibration frequencies. Considering that the Canadian Highway Bridge Design Code prescribes the use of a dynamic load allowance (DLA) factor to account for the dynamic effects of the traffic loads on the bridge, and that the values prescribed are based on the dynamic behavior of traditional bridges, some doubts arose about the applicability of this coefficient to aluminium deck bridges, which are expected to have a different dynamic behavior. To validate these speculations, simplified dynamic models were developed to replicate the dynamic behavior of two Canadian trucks, the CL-625 and the train double B. These models were then implemented in Abaqus and used in a series of dynamic analysis investigating the effect on the bridge response of different parameters, both from the truck and the bridge. Results have shown that, despite having a different dynamic behavior, the dynamic amplifications observed on aluminium deck bridges were always lower than the DLA values prescribed by the Canadian code, indicating that, for the situations studied, those values are safe to use. However, further studies will be required before any final conclusions can be made about the applicability of the DLA values in their current state.

L'aluminium est un matériau très durable avec une excellente résistance à la corrosion qui pourrait être un excellent choix soit pour la construction de nouveaux ponts, soit pour la réhabilitation et le remplacement de tabliers de pont détériorés. Les ponts construits avec des platelages d’aluminium extrudé et des poutres d’acier offrent une solution prometteuse au problème du vieillissement de l'infrastructure des ponts. L'aluminium en tant que matériau structurel est aussi connu pour sa légèreté, qui facilite le transport et l'installation, et réduit les coûts des fondations. Cependant, cette caractéristique les rend sensibles vis-à-vis les excitations causées par les surcharges routières. La conception dynamique des ponts routiers par le code canadien de conception des ponts routiers (CSA S6-19) est basée sur le concept de facteurs d'amplification dynamique équivalents (FAD). Cependant, ces facteurs ont été établis principalement pour les ponts construits avec des matériaux traditionnels tels que le béton, le bois et l'acier. Il est donc prudent d'évaluer l'applicabilité de ces facteurs pour le cas des ponts légers construits avec des platelages d’aluminium extrudé. En outre, comme la rugosité de la surface des chaussées joue un rôle important dans le comportement dynamique d'un pont, il est important de considérer l'influence de la rugosité sur la réponse dynamique du pont. L'objectif de cette recherche est d'étudier le comportement dynamique des ponts composés des platelages d’aluminium extrudé et des poutres d’acier sous les surcharges routières en tenant compte de l'effet de la rugosité de la surface, et par conséquent d'évaluer l'applicabilité des FAD de la norme de conception actuelle pour de telles structures. Pour y parvenir, des modèles numériques ont été développés sur Abaqus pour une sélection des paramètres et des configurations des ponts. L'effet de la rugosité de surface sur la réponse dynamique est également étudié en générant l'algorithme de densité spectrale de puissance (DSP) selon la norme ISO 8608. Les résultats ont montré que les FAD dépendent énormément à la fois du ratio des fréquences véhicule-pont ainsi que de la rugosité de la surface. Au fur et à mesure que le ratio des fréquences véhicule-pont augmente, le FAD augmente de manière significative. Avec un ratio des fréquences véhicule-pont approchant 0,5, le FAD calculé dépasse la valeur du FAD recommandée par le code canadien. Il est à noter que les résultats de cette étude sont limités aux configurations de pont considérées à l'étude, et qu'une étude paramétrique approfondie est nécessaire pour tirer une conclusion générale sur l'applicabilité des valeurs actuelles du FAD pour les ponts légers en aluminium extrudé. / Aluminum is a highly durable material with excellent corrosion resistance that could be an excellent choice either for construction of new bridges or for rehabilitation and replacement of deteriorated bridge decks. Extruded aluminum deck-on-steel girder bridges offer promising solution to the aging bridge infrastructure problem. Aluminum as a structural material is also known for its lightweight, which facilitates transportation and installation, and reduces foundation requirements. However, this characteristic makes it sensitive to excitations from vehicular traffic. The dynamic design of highway bridges by the Canadian Highway Bridge Design Code (CSA S6-19) is based on the concept of equivalent dynamic amplification factors (DAF). However, these factors were derived largely for bridges made with traditional materials such as concrete, wood and steel. It is prudent to evaluate whether these factors are applicable to lightweight bridges made with extruded aluminum decks. In addition, since road roughness plays an important role in the dynamic behavior of a bridge, it is important to consider the influence of roughness on the bridge vibration response. The objective of this research is to investigate the dynamic behavior of aluminum deck-on-steel girder bridges under vehicular loads considering the effect of road roughness, and consequently evaluate the applicability of the current design DAFs for such structures. For this purpose, numerical models were developed in Abaqus for a selected bridge configuration and loading parameters. The effect of road roughness on dynamic response is also investigated by generating the power spectral density (PSD) algorithm according to ISO 8608. Results showed that the DAF strongly depend on both the vehicle-bridge frequency ratio and the road roughness. As the vehicle-to-bridge frequency ratio increases, the DAF rises significantly. With a vehicle-to-bridge frequency ratio approaching 0.5, the calculated DAF exceeds the DAF value recommended by the Canadian code. It is noted that results of this study are limited to the bridge configurations considered in the study, and extensive parametric study is required to draw a general conclusion about the applicability of the current DAF values for lightweight extruded aluminum bridges.