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Effet de la SVGM sur la réponse dynamique des ponts
Effet de la SVGM sur la réponse dynamique des ponts : Eléments de base et Etat de l’art
Introduction
Une conception parasismique adéquate des ponts exige essentiellement une connaissance rationnelle de l’excitation sismique appliquée. Cette dernière possède une caractéristique majeure liée à ce type d’ouvrage. Il s’agit de sa variabilité spatio-temporelle. Ceci a été prouvé par l’analyse des enregistrements sismiques mesurés durant ces dernières décennies par les différents éseauxr installés dans le monde. L’analyse des dommages, que les ponts ont subis durant plusieurs séismes, confirme également que les piles peuvent être excitées par esd mouvements sismiques différentiels. Ces derniers sont donc la source d’une partie importante des dommages (Tzanetos et al. 2000). La SVGM, d’origine très complexe, constitue alors un phénomène qui doit être impérativement envisagé slorde l’analyse et du dimensionnement des ponts.
Par conséquent, divers travaux scientifiques ont ét effectués dans ce domaine. Ces investigations ont été menées afin d’une part, de mesurer et modéliser la SVGM et d’autres part d’identifier les effets qu’elle peut avoir sur le comportement sismique des structures. Différents paramètres liés aux structures et aux mouvements sismiques variables ont été traités. L’objectif est évidemment d’évaluer la sensibilité des ouvrages vis-à-vis à cet effet, et de lever des recommandati ons pour leur conception parasismique.Nous allons alors commencer ce chapitre par la caractérisation du phénomène de la SVGM. Nous exposons ensuite quelques modèles de variabilité spatiale proposés dans la littérature. Comme le présent travail de recherche est consacré à l’analyse des effets de ce phénomène sur la réponse des ponts, nous présenterons par la suite une revue bibliographique des études les plus importantes effectuées dans ce domaine. Cet état de l’art a pour objectif d’examiner les différentes approches et hypothèses utilisées pour la modélisation de ce type de structures et de l’input sismique différentiel. Nous visons également à exposer leurs principaux résultats et onclusions. Ce chapitre se terminera par quelques commentaires sur les travaux antérieurs.
Description du mouvement sismique différentiel
La SVGM est due principalement à la nature complexe de propagation des ondes sismiques à travers un massif de sol à caractéristi ques géométriques et mécaniques hétérogènes. Il a été reconnu que quatre effets tinctsdis sont à l’origine de la SVGM. Il s’agit de (Der Kiureghian, 1996):
(a) L’effet de passage d’onde, qui est dû au décalage temporel du temps d’arrivée d’un même signal sismique aux différentes stationsd’enregistrement du fait de la vitesse de propagation des ondes sismiques (voir Figure 2. 21 (a)).
(b) L’effet d’incohérence, qui résulte des différences aléatoires dans les amplitudes et les phases des ondes sismiques dues aux réfractions et réflexions multiples qui se produisent durant leurs propagations le long de leurs trajets du foyer au site considéré (voir Figure 2. 21 (b)).
(c) L’effet de site , dû à la variation spatiale des caractéristiques locales du profil de sol qui affectent l’amplitude et le contenu fréquentiel de l’onde sismique.
(d) L’effet d’atténuation, dû à la diminution graduelle de l’amplitude du sign al avec la distance. Cet effet est par opposition aux trois autres sans incidence sur les structures car son impact ne prend effet que sur des grandes distances.
Eléments de base et Etats de l’art
Le mouvement sismique variable est donc une interaction complexe de ces quatre effets. Néanmoins, pour des raisons de simplification ces effets sont supposés être indépendants les uns des autres dans les modèles décrivant la SVGM. Dans la littérature, il est généralement reconnu que l’effet de passage d’onde est caractérisé par la vitesse apparente de propagation des ondes sismiques. L’effet d’incohérence est défini par la fonction de cohérence qui décroit exponentiellement avec la distance et la fréquence, tandis que l’effet de site est représenté en définissant différents spectres de réponse (ou de puissance) à la base de la structure. Chacun de ces spectres est estimé selon les conditions locales du site correspondant.La caractérisation du phénomène de la SVGM ainsi que l’analyse de ses effets sur la réponse dynamique des structures a fait l’objet d’intenses études. Cet axe de recherche s’est développé de plus en plus grâce à la mise en place de plusieurs réseaux denses d’accélérographes dans le monde. Un des premiers réseaux différentiel installés est celui d’EL-Centro, qui a enregistré le séisme d’Imperial Valley de 1979. Il comprend 6 stations disposées linéairement sur une longueur de305 m. Cependant la complexité du phénomène de la SVGM a nécessité la mise en place’und réseau répondant à des critères spécifiques aux conditions locales du site, installé dans une zone où la probabilité d’avoir des séismes majeurs sur une période de 10 ans est assez forte, proche des centres urbains et industriels et les mesures des signaux sismiques peuvent s’effectuer dans les trois directions et sur des distances comparables à celles des structures. Dans ce co ntexte il a été décidé en 1980 de déploy er le dense résea d’accélérographesSMA RT-1 (Strong Motion ARray in Taiwan) à Lotung (Nord -est de Taiwan). Ce réseau a é té intensivement uti é pour l’étude de la S VGMLa Figure 2. 2 montre sa configuration. Il comprend 37 sismographes disposé s suivant 3 cercles concentriques, le cercle intérieur est dénom é I (Inner), le deuxièm e par M (Middle) e le dernier par O (Outer), au milieu de ces cercles est disposé un sis mographe dénommé COO. Les enregistreme nts de ce réseau sont identifiés par le terme évènemeni (Zerva 2009).La Figure 2. 3 montre sur le même graphe des évolutions tem porelles enregistrées par les différents accé léromètres du réseau SMA-1. On peut c lairement observer l’évidence de la SVGM à partir des différences dans les phases (décalage horizontal des pics), les amplitudes (va riations des valeurs des pics) et les fréquenc s (nombre de pics qui se produisent dans un intervalle de temps donné) des enregi strements temporels d’accélération. On rem arque également ue ces différences varien en fonction de la distance entre les accél éromètre Par exemple, dans la Figure 2. 3 (a), où la distance entre les accéléromètr es ne dépse pas 0.2 kilomètre, ces différenc es sont relativement petites par rapport au c as où la distance entre les accéléromètres atteins 1 kilomèt (Figure 2. 3 (b)). Ces dif férences peuvent induire des forces internes et des déformations additionnelles dans la structure, qui sont négligées si on suppose que l’excitation sismique est uniforme. Une extension du réseau SMART1 a été ef fectuée en 1985 pou étudier la variabilité du signal sismique sur des aiblesf distances et même en profondeur. Ce réseau a été dénommé LS (Large Scale Seis mic Test). Depuis, beaucoup d’autres résea ux ont été déployés dansmondele. Parmi plu sieurs on peut citer 13 ceux de Chiba à Tokyo et Euroseis-Test en Grèce. En se basant sur les données recueillies de ces réseaux, plusieurs travaux de recherches ont été menés pour la modélisation de la SVGM. Cette étape est indispensable pour la génération des mouvements sismiques différentiels. Pour cette raison nous avons jugé nécessaire de donner dans la section suivante un aperçu sur les a pproches les plus utilisées pour la description de la SVGM. Ces approches sont utilisée pour l’étude de la réponse des structures étendues sous les effets des mouvementssismiques différentiels.
Modélisation de la SVGM
Définition de la fonction de cohérence
Pour des considérations pratiques, les mouvements ismiques différentiels, exhibant une nature aléatoire, sont généralement modélisés’uned manière probabiliste par des champs stochastiques spatio-temporels. La mesure de la SVGM s’effectue souvent dans le domaine fréquentiel en utilisant des fonctions tatistiques du second ordre. Plus précisément, la normalisation inter-spectre, à savoir la fonction de cohérence définie par l’équation (2. 1).
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Table des matières
Chapitre 1. Introduction
1.1. Contexte – Problématique
1.2. Motivations et Objectifs de la thèse
1.3. Organisation de la thèse.
Chapitre 2. Effet de la SVGM sur la réponse dynamique des ponts : Eléments de base et Etat de l’art.
2.1. Introduction
2.2. Description du mouvement sismique différentiel
2.3. Modélisation de la SVGM
2.3.1. Définition de la fonction de cohérence
2.3.2. Modèles basés sur l’approche empirique
2.3.3. Modèles basés sur l’approche semi-empirique
2.4. Aperçu sur les travaux antérieurs relatifs aux effets de la SVGM sur les ponts
2.5. Commentaires et Conclusions
Chapitre 3. Prise en compte de la SVGM dans la réglementation parasismique des ponts
3.1. Introduction
3.2. Présentation de quelques normes basées sur le concept de la valeur du repos d’appui minimal.
3.3. Méthode simplifiée du RPOA
3.4. Méthode simplifiée de l’Eurocode8
3.5. Aperçu sur les travaux évaluant l’approche simplifiée relative à la SVGM
3.6. Conclusions
Chapitre 4. Génération des mouvements sismiques variables dans l’espace
4.1. Introduction
4.2. Description sommaire des méthodes de génération des mouvements sismiques variables dans l’espace
4.3. Traitement des mouvements sismiques pour l’évaluation des déplacements
4.4. Simulation d’un champ de mouvement sismique différentiel stationnaire
4.4.1. Evaluation de la fonction de densité spectrale de puissance
4.4.2. Evaluation de la fonction d’inter-densité spectrale
4.4.3. Génération des processus aléatoires stationnaires différentiels par la méthode de représentation spectrale
4.5. Procédure simplifiée pour l’intégration des accélérations stationnaires simulées
4.6. Évaluation des accélérations, vitesses et déplacements non stationnaires et variables dans l’espace
4.7. Vérification de la procédure de génération des mouvements sismiques différentiels
4.8. Effet de la procédure d’intégration développée sur la réponse dynamique
4.9. Conclusions
Chapitre 5. Prise en compte de la SVGM dans le comportement dynamique des ponts
5.1. Introduction
5.2. Présentation de la structure des ponts étudiés
5.3. Analyse dynamique linéaire des ponts sous mouvement sismique différentiel et comparaison avec la méthode simplifiée du RPOA pour la SVGM
5.3.1. Modélisation linéaire des ponts
5.3.2. Simulation du mouvement sismique différentiel
5.3.3. Cas d’analyses dynamiques linéaires effectuées
5.3.4. Analyse des résultats de l’analyse linéaire
5.4. Effet de la SVGM sur la réponse dynamique non linéaire des ponts
5.4.1.Cas d’analyses dynamiques non linéaires effectuées
5.4.2. Modèle non linéaire des ponts
5.4.3. Résultats et interprétation des analyses non linéaires
5.5. Conclusion
Chapitre 6. Conclusion générale
6.1. Eléments de synthèse
6.2. Perspectives
Bibliographie
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