The seismic behavior of port container cranes has been largely ignored-by owners, operators, engineers, and code officials alike. This is despite their importance to daily port operations, where historical evidence suggests that port operational downtime following a seismic event can have a crippling effect on the affected local, regional, and national economies. Because the replacement time in the event of crane collapse can be a year or more, crane collapse has the potential to be the "critical path" for post-disaster port recovery. Since the 1960's, crane designers allowed and encouraged an uplift response from container cranes, assuming that this uplift would provide a "safety valve" for seismic loading; i.e. the structural response at the onset of uplift was assumed to be the maximum structural response. However, cranes have grown much larger and more stable such that the port industry is now beginning to question the seismic performance of their modern jumbo container cranes. This research takes a step back, and reconsiders the effect that uplift response has on the seismic demand of portal-frame structures such as container cranes. A theoretical estimation is derived which accounts for the uplift behavior, and finds that the "safety valve" design assumption can be unconservative. The resulting portal uplift theory is verified with complex finite element models and experimental shake-table testing of a scaled example container crane. Using the verified models, fragility curves and downtime estimates are developed which characterize the risk of crane damage and operational downtime for three representative container cranes subjected to a range of earthquakes. This research demonstrates that container cranes designed using previous and current standards can significantly contribute to port seismic vulnerability. Lastly, performance-based design recommendations are provided which encourage the comparison of demand and capacity in terms of the critical portal deformation, using the derived portal uplift theory to estimate seismic deformation demand.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第21736号 / 工博第4553号 / 新制||工||1710(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科社会基盤工学専攻 / (主査)教授 木村 亮, 教授 岸田 潔, 准教授 木元 小百合 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

La ductilité et la capacité à dissiper de l'énergie sont deux qualités très importantes pour les éléments structuraux des structures situées dans les régions sismiques comme l'est du Canada. Soulignons que Montréal occupe la deuxieme place en ce qui a trait au risque sismique au Canada. De plus, la réduction des coûts de maintenance des infrastructures est un sujet d'intérêt pour les propriétaries alors que ces derniers doivent en tout temps garantir la sécurité des usagers. Or, le béton renforcé avec des fibres synthétiques semble être un matériau qui remplit ces caractéristiques. Pourtant, son utilisation est actuellement limitée aux éléments non structuraux ou structuraux mais non principaux. Afin de généraliser l'utilisation du béton fibre dans le domaine structural, il faut continuer à produire et à analyser des données expérimentales qui permettront de valider et d'améliorer les prescriptions de design et les modèles analytiques actuels pour la conception des éléments en béton armé avec des fibres dans les zones sismiques. Dans ce contexte, six poteaux circulaires à grande-échelle ont été testés sous une charge axiale constante (25% de Agf'c) et en flexion cyclique. Trois poteaux ont été confectionnés en béton normal (BN) et les trois autres en béton renforcé avec des fibres synthétiques (BRFS). La résistance à la compression du béton spécifiée à 28 jours pour les spécimens était de 30 MPa. Le volume de fibres synthétiques en polypropylène-polyéthylène utilisé a été de 1%. Les trois poteaux en BN étaient renforcés par une armature transversale constituée d'une spirale ayant un pas de 42, 75 et 100 mm respectivement. Ces trois spécimens ont été comparés avec des spécimens similaires en BRFS. Les résultats montrent que la présence des fibres synthétiques dans la matrice de béton améliore le comportement ductile et la capacité a dissiper de l'énergie des spécimens. Il a été observé que cette amélioration n'est pas directement proportionnelle à la quantité d'armature transversale. Toutefois, l'utilisation du béton fibre semble rendre possible une réduction de l'armature transversale tout en conservant un aussi bon sinon un meilleur comportement.

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Ce mémoire présente les travaux de thèse visant à étudier le comportement parasismique des éléments de murs à ossature en bois aux travers d’approches expérimentales et du développement d’une méthodologie d’application de méthodes basées sur la performance sismique. Les approches expérimentales sont constituées de trois campagnes d’essais : (1) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle d’assemblages agrafés et pointés, (2) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle de l’élément de mur à ossature en bois et (3) une série d’essais dynamiques sur table vibrante. La base de données constituée par les résultats d’essais permet alors l’examen des propriétés de résistance et de raideur des éléments de murs suivant les conditions de sollicitation (vitesse d’essai, chargement vertical). Le développement d’une modélisation à l’échelle macro du comportement cyclique et dynamique de tels éléments est également proposé à l’aide de modèles de loi de comportement hystérétiques. Une méthodologie d’application aux structures à ossature bois de méthodes basées sur la performance sismique (méthode N2 et MPA) ainsi qu’une analyse de vulnérabilité - construction de courbes de fragilité - à l’aide de la méthode N2 sont proposées. / This thesis presents a study of the seismic behavior of light timber frame walls with stapled and nailed sheathings through experimental approaches and the development of a methodology for the application of seismic performance-based methods. The experimental approaches consist of three test campaigns: (1) a series of static tests on stapled and nailed connections, (2) a series of static tests performed on light timber frame walls and (3) a series of dynamic tests performed on light timber frame walls on a vibrating table. The database consists of these test results then allows the examination of strength and stiffness properties of the wall elements according to the stress conditions (strain rate, vertical load). The development of a macro-scale modeling of the cyclic and dynamic behavior of such elements is also proposed using constitutive law models. A framework of the application to light timber frame structures of seismic performance-based methods based (N2 method and MPA method) and a vulnerability analysis - fragility curves - using the N2 method are proposed.