Titre de l'écran-titre (visionné le 18 janvier 2024) / Cette thèse examine les performances sismiques des amortisseurs hybrides à fente parallèle-rotative. Ces amortisseurs sont des composants structurels innovants utilisés pour atténuer les forces sismiques dans les bâtiments et les infrastructures. Le principal objectif de cette recherche est d'évaluer comment les caractéristiques des amortisseurs peuvent améliorer les performances des ossatures résistantes aux moments en acier lorsqu'elles sont exposées à des conditions de chargement sismique. Par le biais d'une investigation analytique, le comportement sismique, les capacités de dissipation d'énergie, et la réponse structurelle globale des amortisseurs hybrides à fente parallèle-rotative sont minutieusement examinés. Les résultats de cette investigation contribuent à la compréhension du comportement des amortisseurs et offrent des perspectives pour leur application pratique dans la conception sismorésistante. Pour y parvenir, une étude paramétrique a d'abord été menée pour évaluer l'efficacité des conceptions de fentes sur le comportement cyclique et pour évaluer l'influence du changement des propriétés de l'amortisseur. En effet, 12 conceptions d'amortisseurs ont été développées et simulées dans ABAQUS, en tenant compte de variables telles que l'épaisseur, la forme et le type de matériau de la plaque à fente. Par la suite, l'emplacement idéal pour l'installation des amortisseurs développés le long de la portée de la poutre a été identifié afin d'optimiser leur efficacité. Dans la dernière étape, des analyses non linéaires ont été utilisées pour comparer les performances sismiques des ossatures équipées des amortisseurs à une ossature résistante aux moments en acier conventionnelle, en se concentrant sur le déplacement latéral, la force de cisaillement à la base, et l'accélération. Les résultats de l'étude ont montré que l'amortisseur en matériau d'acier surpasse le matériau d'aluminium pour toutes les épaisseurs, indépendamment de la forme de l'amortisseur adoptée. Les modèles en acier ont montré une dissipation d'énergie, une rigidité initiale, et une capacité de force maximale supérieures par rapport aux modèles en aluminium. La dissipation d'énergie et la rigidité initiale ont montré une baisse lorsque le matériau de la plaque à fente a été changé de l'acier à l'aluminium. Évidemment, l'ossature en acier équipée d'un amortisseur à fente en acier montre une tendance à la hausse dans la force de cisaillement maximale à la base qui est environ 15 percent supérieure à celle des ossatures traditionnelles sans amortisseur. / This thesis examines the seismic performance of hybrid parallel slit-rotational dampers. These dampers are innovative structural components used to mitigate seismic forces in buildings and infrastructure. The main aim of this research is to assess how the characteristics of the dampers can improve the performance of steel moment resisting frames when exposed to seismic loading conditions. Through analytical investigation, the seismic behavior, energy dissipation capabilities, and overall structural response of hybrid parallel slit-rotational dampers are thoroughly examined. The outcomes of this investigation contribute to the comprehension of damper behavior and offer insights for their practical application in seismic-resistant design. To achieve this, first, a parametric study investigated the effectiveness of slit designs on cyclic behavior and evaluated the influence of changing damper properties. Effectively, 12-damper designs were developed and simulated in ABAQUS, considering variables such as thickness, shape, and material type in slit plate. Subsequently, the ideal placement for installing the developed dampers along the beam span was identified in order to optimize their effectiveness. In the last step, nonlinear analyses were utilized to compare the seismic performance of the frames equipped with the dampers with a conventional moment-resisting steel frame, focusing on the drift, base shear force, and acceleration. The results of the study demonstrated that damper with steel material outperforms aluminum material for all thicknesses irrespective of the shape of the damper adopted. Steel models demonstrated superior energy dissipation, initial stiffness, and maximum force capacity compared to aluminum models. The energy dissipation and initial stiffness showed a decline when the material of slit plate was changed from steel to aluminum. Obviously, the steel moment frame equipped with a steel slit damper shows an increase trend in max base shear that is approximately 15 percent more than with traditional moment frames without damper.

Thèse de doctorat : modélisation numérique, dynamique des sols : Ecole centrale de Paris : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Les événements sismiques ont une période de récurrence assez faible, mais, lorsqu'ils surviennent, ils peuvent affecter grandement l'intégrité des structures de génie civil et la sécurité des gens qui les utilisent. Beaucoup de recherche se fait présentement à travers le monde dans le domaine du génie parasismique clans le but de limiter les dommages aux structures dans le cas de l'avènement d'un événement sismique. Les normes de dimensionnement des ponts comprennent de plus en plus de spécifications à cet effet. Pour faire évoluer les normes, il est essentiel d'améliorer la compréhension du comportement des ouvrages soumis à des charges dynamiques. Plusieurs méthodes d'analyse sont recommandées dans la norme canadienne de conception des ponts pour tenter de prédire le comportement des ponts. Il y a entre autres la méthode unimodale, la méthode statique non linéaire (du spectre de capacité) et l'analyse dynamique temporelle. Une propriété importante des structures qui doit. être intégrée dans chacune de ces méthodes est l'amortissement. Toutes les structures dissipent de l'énergie sous forme d'amortissement lorsqu'elles subissent un séisme. Cet amortissement est très souvent mal caractérisé dans les modèles d'éléments finis utilisés pour prédire la réponse des ponts à une excitation dynamique. Lorsqu'une structure évolue dans son domaine linéaire, on représente l'amortissement réel par un amortissement visqueux (qui est proportionnel à la vitesse), appelé amortissement élastique. Une valeur de 5 % de l'amortissement critique est intégrée dans les spectres d'aléa sismique qui sont fournis par la Commission géologique du Canada et utilisés lors du dimensionnement parasismique. Toutefois, selon des mesures effectuées par différents chercheurs, cette valeur d'amortissement serait trop élevée dans le cas des ponts. L'objectif principal de ce projet de recherche est d'évaluer l'influence du taux d'amortissement visqueux élastique des ponts sur les résultats de différents types d'analyses sismiques par le biais d'une étude de cas. Pour ce faire, la caractérisation dynamique d'un pont en béton armé situé à Lennoxville (Québec) a été effectuée à l'aide d'essais sous vibrations ambiantes et forcées. Des taux d'amortissement variant entre 0, 7 % et 2,4 % ont été mesurés, ce qui est inférieur à la valeur communément utilisée de 5 %. Un modèle numérique de la structure utilisant le logiciel Opensees a ensuite été calibré en fonction des résultats de ces essais. Trois méthodes d'analyse sismique ont été utilisées pour comparer la réponse du pont à l'étude à différents tremblements de terre, en variant le taux d'amortissement visqueux élastique entre 1 % et 5 %. Plusieurs autres paramètres ont également été variés dans les analyses. Les résultats permettent de conclure que le choix du taux d'amortissement élastique peut avoir une influence importante sur les déplacements subis par la structure. Par exemple, si on prend en compte un taux d'amortissement de 1 % au lieu de 5 %, on observe une augmentation moyenne des déplacements maximums pouvant varier entre 30 % et 65 %, selon la période de vibration fondamentale de la structure.

De nos jours, la conception parasismique des structures en acier repose sur la dissipation d'énergie sismique par l'action de grandes déformations plastiques. Les cadres à diagonales ductiles confinées sont un type de système à contreventements concentriques caractérisé par des membrures qui plastifient autant en traction qu'en compression. Grâce à un mécanisme de restreinte latérale qui renferme un noyau métallique, les diagonales ductiles confinées (DDC) tirent avantage de la ductilité cyclique du matériau. Cependant, les DDC affichent fréquemment une faible rigidité après plastification, causant ainsi d'importantes déformations latérales durant un séisme. De plus, la plastification du noyau est généralement associée à un seul objectif de performance; son comportement sous d'autres intensités sismiques est donc essentiellement inconnu. Les DDC hybrides sont étudiées en tant qu'alternative aux systèmes traditionnels pour pallier leurs limitations. Le concept d'hybridité vise à maîtriser différentes caractéristiques de métaux minutieusement sélectionnés pour obtenir une réponse souhaitable. Cette étude numérique comporte trois objectifs. Les matériaux de noyaux potentiels sont d'abord évalués afin de déterminer les meilleures combinaisons de deux métaux avec des propriétés mécaniques complémentaires. L'analyse de données expérimentales indique que le comportement plastique des DDC hybrides est amélioré par l'emploi d'un acier au carbone 350WT conjointement avec un autre métal qui possède une faible limite élastique et une grande capacité d'écrouissage (p. ex. l'acier inoxydable 304L, l'alliage d'aluminium 5083-O, l'acier au carbone A36, ou l'acier LYP-100). Par la suite, deux nouvelles configurations de DDC hybrides sont conçues afin d'accueillir trois noyaux ductiles connectés en parallèle. La première option proposée comprend un mécanisme de restreinte fait de tubes en acier remplis de béton, tandis que la deuxième option est fabriquée exclusivement à partir de composantes métalliques. Finalement, plusieurs simulations par la méthode des éléments finis sont réalisées sur des modèles numériques pour valider quantitativement l'accroissement de la performance. Comparées aux DDC conventionnelles, les DDC hybrides présentent une réponse d'écrouissage améliorée, une légère augmentation de la rigidité axiale, ainsi qu'une plus grande capacité à dissiper l'énergie. / Contemporary seismic-resistant design of steel structures relies on the dissipation of earthquake energy through significant inelastic deformations. Buckling-restrained braced frames (BRBFs) are a type of concentrically-braced system characterized by braces that yield both in tension and in compression. Thanks to a restraining mechanism that confines a ductile steel core, buckling-restrained braces (BRBs) can take advantage of the cyclic ductility of the steel material. However, BRBs commonly display a low post-yield stiffness, causing substantial interstory drifts and large residual drifts after seismic events. Moreover, yielding of the core is often tied to only a single performance objective, thus making its response at other levels of seismicity largely unpredictable. Hybrid BRB solutions are explored as an alternative to the traditional BRB system to overcome its limitations. The hybrid concept is hinged on harnessing different characteristics from different materials that are carefully combined into one ductile design to achieve a desirable response. This numerical study has three main objectives. Potential core metals are first evaluated to determine the best combinations of two materials with complementary engineering properties. Analysis of experimental data indicates that the post-yield behavior of hybrid BRBs is improved by employing 350WT carbon steel in conjunction with another metal, which possesses a low-yield and high-strain-hardening capacity (e.g., 304L stainless steel, 5083-O aluminum alloy, A36 carbon steel, or LYP-100 low-yield-point steel). Afterwards, two new hybrid BRB systems are designed to accommodate the complex deformation pattern of three core plates connected in parallel. The first proposed option has a restraining mechanism made from concrete-filled steel tubes, while the second hybrid BRB option is fabricated exclusively from metal plate components. Lastly, multiple finite element simulations are carried out on numerical models to quantitatively validate the performance enhancement. Compared to conventional BRBs, hybrid BRBs exhibit an improved strain hardening response, a slight increase in axial stiffness, and a greater energy dissipation capability for an equivalent brace strength.

Les contreventements concentriques sont couramment employés pour reprendre des charges latérales telles que des tremblements de terre. La conception parasismique présentée au chapitre 27 de la norme d'acier CSA S16-01 et CSA S16-09, basée sur le design par capacité, impose des exigences particulières pour les éléments qui dissipent l'énergie sismique ainsi que pour les éléments de transmission des charges sismiques. L'article 27.5.4.2 stipule que la résistance à la rupture en aire nette à la connexion de la membrure de dissipation d'énergie doit être supérieure à la résistance probable de la même membrure en traction. Cet article se veut comme une garantie que les membrures de dissipation d'énergie pourront effectuer pleinement leur travail et permettre d'éviter une rupture fragile prématurée dans la chaîne de transmission des efforts. Par contre, les exigences de cet article posent des problèmes pratiques aux concepteurs. Par exemple, si la membrure de contreventement est boulonnée, la résistance de la connexion n'est presque jamais adéquate sans renforcement car la section qui est entaillée par le boulonnage doit être plus résistante que la section sans boulonnage. Dans bien des cas, cela revient à conclure que l'aire nette effective doit être supérieure à l'aire brute ce qui est physiquement impossible pour une membrure à section constante. Dans les systèmes en traction/compression, c'est bien souvent la résistance anticipée en compression qui gouverne le dimensionnement du cadre contreventé. La résistance en traction, bien que supérieure à la résistance en compression, n'apporte rien de plus au dimensionnement du cadre contreventé. Cependant, les connexions doivent donc être aptes à résister à la résistance probable en traction de la membrure alors que c'est la résistance anticipée en compression qui gouverne la conception du cadre contreventé face au chargement sismique. La rencontre du critère de résistance probable en traction peut s'avérer un exercice coûteux et complexe pour la connexion et les autres éléments de transmission, alors que la résistance de conception est significativement plus faible. Ce mémoire présente les travaux effectués dans le but de concevoir un système de fusibles employé sur des contreventements concentriques en traction/compression (en X) formés de cornières boulonnées. L'implantation des fusibles vise à rendre accessible l'emploi de connexions boulonnées non renforcées dans une conception parasismique. Les fusibles, constitués d'entailles à même la cornière, sont dimensionnés en fonction du plus faible critère de rupture à la connexion qui doit être la rupture en aire nette effective. Les fusibles doivent céder pour la même charge que ce que la connexion aurait supportée, mais de manière ductile et après plusieurs cycles de chargement. Ce mémoire comprend la présentation et l'analyse des essais effectués sur plusieurs fusibles. Deux séries d'essais ont été effectuées. La première série d'essais était effectuée sur des sections équipées de fusibles sollicitées en traction seulement. La seconde série d'essais était effectuée sur des cadres contreventés chargés cycliquement dont les membrures étaient équipées de fusibles. Un exemple de l'emploi d'un système équipé de fusibles est présenté à la fin accompagné d'une discussion sur le système face à une conception classique. Ces travaux ont permis de démontrer que des fusibles à même la cornière, dimensionnés en fonction de charges précises, soit la capacité de la connexion boulonnée, peuvent offrir une bonne ductilité tout en supportant plusieurs cycles. Plusieurs géométries de fusibles ont été testées, mais les fusibles étant plus similaires à leur section d'origine se sont mieux comportés. Les fusibles longs ont affiché une bonne ductilité alors que les fusibles courts ont affiché une bonne rigidité en compression. Les essais de référence sans fusible ont aussi permis de valider une alternative à la norme CSA S16-01 pour l'estimation de l'aire nette effective d'une connexion boulonnée. L'exemple de l'emploi d'un système équipé de fusibles a permis de comparer une telle conception avec une conception conventionnelle tout en faisant ressortir les avantages. Un cadre contrevent équipé de fusibles s'avère donc plus simple et moins coûteux qu'un même cadre sans fusible.

Ce projet de recherche dans le domaine du génie parasismique concerne la vulnérabilité des bâtiments contenant de la maçonnerie non armée (MNA). Ce matériau de construction a longtemps été utilisé dans la construction d'écoles, d'hôpitaux et d'autres bâtiments jugés comme prioritaires au niveau de la sécurité du public selon le code national du bâtiment canadien (CNBC). Suite, entre autres, au séisme du Saguenay en 1988 une inquiétude s’est présentée au niveau des dangers associés à la présence de MNA pour les occupants de ces bâtiments publics supposés sécuritaires. Cette recherche s’intégre donc à l’initiative du Réseau canadien pour la recherche parasismique (RCRP) visant à l’établissement de procédures pour l’inspection et la réhabilitation de bâtiments jugés prioritaires, construits avant l’implantation de la conception parasismique. Les objectifs de cette recherche comprennent la documentation de la présence de MNA dans un échantillon de bâtiments dans la région de Sherbrooke, l’évaluation des propriétés dynamiques de ces bâtiments et l’utilisation de ces propriétés pour la modélisation de bâtiments existants sur un logiciel commercial de calcul structural. Les efforts de recherche portent sur la détermination des propriétés dynamiques pour des écoles de la commission scolaire de la Région-de-Sherbrooke (CSRS). L’échantillon de bâtiments est principalement de type charpente de béton avec murs de remplissage (BMR) suite à l’analyse statistique des types de charpentes présentes dans le parc immobilier de la CSRS. L’instrumentation des bâtiments à l’aide de capteurs de vitesse a permis de mesurer les vibrations ambiantes des bâtiments sélectionnés. L'analyse des données obtenues à l’aide de techniques d'analyse numérique telles que la décomposition dans le domaine fréquentiel (FDD) a permis d'obtenir l’amortissement, la période fondamentale et les déformées modales pour onze bâtiments comportant des murs de remplissage en maçonnerie non armée. Enfin, les résultats obtenus ont été comparés à des études similaires dans les régions du Centre-du-Québec et de Montréal.

Thèse doctorat : Génie Civil : Villeurbanne, INSA : 2000. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 245-253.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2001. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Actuellement, le principe de dimensionnement à la capacité est fortement utilisé dans le domaine du génie parasismique. De manière simplifiée, cette méthode de dimensionnement consiste à dissiper l'énergie injectée à une structure lors d'une secousse sismique par la déformation inélastique d'un élément structural sacrificiel. Cette méthode de dimensionnement permet d'obtenir des structures économiques, car cette dissipation d'énergie permet de réduire substantiellement les efforts qui se retrouvent à l'intérieur de la structure. Or, la conséquence de ce dimensionnement est la présence de dégâts importants à la structure qui suivent à la secousse sismique. Ces dégâts peuvent engendrer des coûts supérieurs aux coûts d'érection de la structure. Bien entendu, sachant que les secousses sismiques d'importance sont des phénomènes rares, l'ingénieur est prêt à accepter ce risque afin de diminuer les coûts initiaux de construction. Malgré que cette méthode ait permis d'obtenir des constructions économiques et sécuritaires, il serait intéressant de développer un système qui permettrait d'obtenir des performances de contrôle des efforts sismiques comparables à un système dimensionné selon un principe de dimensionnement à la capacité sans les conséquences négatives de ces systèmes. En utilisant les principes d'isolation à la base, il a été possible de développer un système de reprise des forces sismiques (SRFS) qui permet d'obtenir un contrôle des efforts sismiques concurrentiels tout en gardant une structure complètement élastique. Ce système consiste à insérer un matériel élastomère entre l'assemblage de la poutre et des contreventements à l'intérieur d'un cadre contreventé conventionnel. Cette insertion permet de diminuer substantiellement la rigidité latérale du bâtiment, ce qui a pour conséquence d'augmenter la valeur de la période fondamentale du bâtiment dans lequel ces cadres sont insérés. Ce phénomène est appelé le saut de période. Ce saut de période permet de réduire grandement l'amplification dynamique essuyée lors d'un séisme dû au contenu fréquentiel particulier des secousses sismiques. Toutefois, la réduction de la rigidité globale a pour conséquence d'augmenter grandement les déplacements de fonctionnement de la structure, ce phénomène étant mitigé par les propriétés amortissantes de l'élastomère utilisé. Le SRFS proposé a été étudié dans le cadre de la présente maîtrise. Les objectifs de l'étude consistent à démontrer l'efficacité et la faisabilité du système proposé ainsi que de développer une méthode de dimensionnement efficace et sécuritaire pour ce genre de système. Afin de faciliter l'obtention des objectifs, l'approche qui a été utilisée est l'étude comparative d'un même bâtiment dimensionné selon deux principes. Le premier est le dimensionnement à la capacité. Le second est un dimensionnement employant le système proposé. La présente étude a été scindée en quatre parties distinctes. La première est l'étude du matériel élastomère afin de déterminer les propriétés utiles lors d'un dimensionnement. La seconde est le dimensionnement et l'étude en laboratoire du comportement d'un cadre contreventé selon un principe de dimensionnement à la capacité. La troisième partie est le dimensionnement et l'étude en laboratoire du comportement d'un cadre contreventé intégrant des amortisseurs élastomères. La quatrième et dernière partie est l'étude comparative des performances sismiques d'un bâtiment qui emploie des cadres amortis avec des amortisseurs élastomères avec les performances d'un bâtiment qui emploie un SRFS par contreventements classiques. À la suite des différentes analyses, il a été possible de conclure sur les performances du système proposé employant des amortisseurs élastomères. Le système possède un excellent comportement quant aux sollicitations sismiques. Le contrôle des efforts sismiques est du même ordre qu'un SRFS par contreventements de ductilité modérée (réduction des efforts élastiques par un facteur de 3). Bien que la demande en déplacement soit plus grande pour le système proposé que pour un système contreventé traditionnel, la demande en déplacement est adéquatement contrôlée. Finalement, il a été possible de confirmer que le système proposé répond élastiquement aux sollicitations sismiques et son comportement après une sollicitation violente est adéquat. Toutefois, les connaissances limitées du matériel élastomère employé causent l'obtention de dimensionnement moins performant qu'attendu. L'ensemble de l'étude a permis de mettre en relief les caractéristiques et les avantages indéniables du SRFS proposé. Toutefois, certains points nécessitant davantage d'études ont également été soulevés lors de cette recherche : le comportement de l'élastomère utilisé pour un plus vaste domaine de situations que celle considérée dans cette étude (par exemple, l'impact de la température sur le caoutchouc et le comportement en fatigue de ce dernier) ainsi que le comportement du système étudié pour un domaine plus vaste d'applicabilité (par exemple, l'applicabilité du système à des bâtiments multiétagés).