L'analyse de structure réticulée plane nous donne toujours un nombre considérable d'équations â plusieurs inconnus à résoudre. Une méthode d'analyse exacte par ordinateur électronique s'avère très utile pour résoudre ce problème. Plusieurs auteurs ont travaillé sur le sujet en utilisant des méthodes approximatives pour résoudre manuellement un grillage rectangulaire. Des méthodes de calcul matriciel ont été développées afin de résoudre ces problèmes et se plier aux exigences du calcul électronique. Depuis l'avènement des calculateurs électroniques, plusieurs volumes et articles ont été publiés sur l'utilisation du calcul matriciel pour la résolution des problèmes de structure. Laursen, Wang, Martin, Weaver, Nelson, Tezcan et plusieurs autres appliquent les équations matricielles à l'analyse des structures.

Dans le but de concurrencer l’utilisation des dalles de béton et du bois dans les tabliers de pont, on étudie dans ce mémoire la possibilité de dimensionner un tablier de pont tout en aluminium et économiquement intéressant. Le cahier des charges spécifie que le nouveau concept soit de 15 mètres de portée, fabricable en usine et assemblable en chantier. Ce mémoire s’inscrit plus globalement dans la stratégie québécoise de développement de l’aluminium (2015-2025) et est en partenariat avec le ministère des Transports, de la Mobilité durable et de l’Électrification des transports québécois (MTMDET). Après avoir écarté la possibilité d’un platelage en aluminium totalement faisable au Québec de 15 mètres de long sans système d’attache entre les panneaux, on a proposé une conception innovante en ayant recours simplement à des extrusions dont le diamètre circonscrit est inférieur à 460 mm. En voulant valider la conception au regard de la norme CAN/CSA S6-2014 et par la méthode des éléments finis, on s’est aperçu que le chapitre 17 concernant les ouvrages d’aluminium de ladite norme était très sécuritaire et parfois incomplet. On a proposé alors de nouvelles méthodes pour avoir accès aux fractions de charge de camion ou à la largeur effective pour un platelage en aluminium. Une fois ces considérations techniques étudiées, une analyse économique a été menée, s’intéressant particulièrement aux coûts de production d’un platelage en aluminium et en le comparant au coût de production d’une dalle de béton ou d’un platelage en bois. Enfin, fort des analyses faites au cours de ce mémoire, on a proposé une conception finale répondant aux critères de la norme et qui pourrait être économiquement viable. / This thesis studies the possibility of designing a full aluminum deck which would be economically interesting in order to compete with the use of concrete slab and wood for bridge decks. The requirements for this project are that the new concept has a span of 15 meters, can be built in a factory and can be assembled in the field. This thesis is part of the Quebec aluminum development strategy (SQDA 2015-2025) and is done in partnership with the ministry of Transportation, of durable Mobility and of transport Electrification (MTMDET). Having rejected the possibility of a 15 meters long aluminum deck without any clamp system between panels and entirely made in Quebec, an innovating concept has been proposed using only extrusion with a circumscribed diameter lower than 460 mm (18 inches). Seeking to validate the new concept with the CAN/CSA S6-2014 code and by the finite element method, it has been realized that chapter 17 of this code, related to aluminum structures, is very conservative and sometimes incomplete. Consequently, new methods have been proposed to have access to truck load fractions or to effective length of an aluminum deck. An economic analysis has been made after having studied the technical considerations. It focused on production costs of an aluminum deck and a comparison with the production cost of a concrete slab or a wooden deck. Finally, considering the results, a final conception has been proposed which qualifies for the code and is economically viable.

L'utilisation de l’aluminium dans les ponts au Canada n'est pas nouvelle, mais elle est moins répandue que celle des matériaux plus traditionnels comme l'acier, le béton ou le bois, et ce, même si l'aluminium possède plusieurs propriétés qui rendent son utilisation intéressante. L'aluminium présente plusieurs caractéristiques qui favorisent son utilisation, telles que : sa très bonne résistance à la corrosion, sa légèreté, ainsi qu'une bonne formabilité. Pour ces raisons, l'aluminium est envisagé pour la production de tabliers de ponts fabriqués à partir d'extrusions multicellulaires. Néanmoins, ces tabliers doivent être reliés à des poutres en acier par un assemblage rapide et facile qui pourra en même temps répondre à critères techniques. Compte tenu de la difficulté d'accéder à l'intérieur des cellules extrudées, l’utilisation d'un boulon à haute résistance n'était pas possible, d'où l'idée d'étudier numériquement l'utilisation de deux boulons aveugles Ajax ONESIDE et BOM. Il a été déterminé, par des simulations numériques avec la méthode des éléments finis, que ces deux boulons ont la capacité de permettre la libre expansion / contraction de l'aluminium, en maintenant une action composite avec et sans la présence du freinage, ainsi qu'en générant une usure de quelques micromètres à la surface de contact, sans aucun risque d’initiation de fissure. Une étude comparative avec un boulon à haute résistance a été réalisée afin de classer ces boulons par comportement, et il a été montré que le boulon à haute résistance offre une meilleure résistance au freinage quel que soit l'effet thermique sur l'assemblage. En revanche, en analysant son comportement vis-à-vis le phénomène du fretting, on constate qu'une apparition probable de fissures associée à une usure mineure peut se produire au niveau de la zone de contact tête boulon/ platelage. / This research project revolves around the innovative use of aluminum in bridges. The use of aluminum in highway bridges has received special attention in recent years. This material offers several qualities compared to traditional materials such as concrete or steel, an aluminum bridge solution offers enormous potential for the construction of modern road bridges.The optimization of a new aluminum bridge solution and the design application still remains a difficult task. One of the most optimized solutions is the use of a multicellular extrusion profile. However, this solution presents a unique challenge in connecting the bridge deck to the girders using the traditional assembly method, given the difficulty of access to the interior of the extruded cells. The objective of this project is to establish a methodology to analyze two types of blind bolts as an alternative assembly solution using numerical simulation. Through this project, it was determined numerically that these two bolts (Ajax ONESIDE and BOM) have the ability to allow thermal expansion and contraction of aluminum in case of temperature fluctuation, given that the coefficient of thermal expansion of aluminum is twice that of steel. The possibility to minimize the sliding that may occur during the thermal loading was also studied, the two blind bolts offer good resistance with and without the presence of braking. Which allows a possible transfer of this force to the foundations. A special numerical model was prepared for the prediction of the fretting, showed a very good consistency with analytical and literature results. This model was used to analyze the fretting for each bolt at the surface of contact between the bolt head and the aluminum plate. Following the results found, we have observed that the blind bolts will undergo a few micrometers of wear, while for the standard bolt a probable appearance of cracks associated with minor wear may occur at the contact area.

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.