Degee_Structure Sous Action Sismique

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Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique Cours Grasmech Éléments d'analyse des structures sous action sismique Hervé DEGEE ULg – 2 juin 2009

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Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Cours Grasmech

Éléments d'analyse des structures sous action sismique

Hervé DEGEE

ULg – 2 juin 2009

Page 2: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Excitation par déplacement d'appui

C

K = -3EI/h³

(x,u)

M

( )gu t

u = déplacement de l'oscillateur par rapport au support (Permet d'estimer les efforts internes après résolution)

= −⎧→ = + ⎨ = −⎩

Ktot g

C

F K uu u u et

F C u

Newton: ( )

( ) ( )

=→ + = − −

→ + + = − =

tot

g

g eq

M u FM u u K u C u

M u C u K u M u t P t

Donnée fondamentale pour l'analyse sismique: évolution de l'accélération du sol au cours du temps (accélérogramme)

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Accélération maximale du sol ag (PGA)

De 0 à

0,1g jusque 0,4g à

0,6g au niveau du bedrock

Attention aux effets de sites

Ordre de grandeur des efforts: F = M . ag

Accélérogrammes

Directement utilisables :

Pas forcément simples à

enregistrer

Constituent des cas particuliers

Spectres de réponse

-0.4-0.3-0.2-0.1

00.10.20.30.4

0 10 20 30 40 50 60

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Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Spectre de réponse élastique – principe d'établissement

Spectres de déplacement, vitesse et accélération

( )gu t

MM

MM

MM

12π

=MTK

-0.4-0.3-0.2-0.1

00.10.20.30.4

0 10 20 30 40 50 60

ξ cst

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

Période [s]

Dép

lace

men

t spe

ctra

l [m

]

Spectre de déplacement (Sd): déplacement maximum en fonction de la période et de l'amortissement

ξ

= 2 %

ξ

= 5 %

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Spectre de réponse élastique – principe d'établissement

Spectres de déplacement, vitesse et accélération

( )gu t

MM

MM

MM

12π

=MTK

-0.4-0.3-0.2-0.1

00.10.20.30.4

0 10 20 30 40 50 60

ξ cst

Spectre de vitesse (Sv): vitesse maximale en fonction de la période et de l'amortissement

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Période [s]

Vite

sse

spec

trale

[m/s

]

ξ

= 2 %

ξ

= 5 %

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Spectre de réponse élastique – principe d'établissement

Spectres de déplacement, vitesse et accélération

( )gu t

MM

MM

MM

12π

=MTK

-0.4-0.3-0.2-0.1

00.10.20.30.4

0 10 20 30 40 50 60

ξ cst

Spectre d'accélération (Sa): accélération maximale en fonction de la période et de l'amortissement

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

2

4

6

8

10

12

14

16

Période [s]

Acc

élér

atio

n sp

ectra

le [m

/s²]

ξ

= 2 %

ξ

= 5 %

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Spectre de réponse élastique – principe d'établissement

Spectres de pseudo-accélération

Objectif: Estimer les efforts internes maximaux dans la structure

2maxmax

ω

= −

⇒ = = =K

K spectral spectral

F K u

F K u K u M u

2ω spectralu = Pseudo- accélération

spectrale (SpA)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

2

4

6

8

10

12

14

16

Période [s]

Acc

élér

atio

n [m

/s²]

Accélération

Pseudo -

accélération

max⇒ = pAF M S

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Spectre de réponse élastique – principe d'établissement

Comportement aux limites

: 00

→ ∞⎧ ⎫→ →⎨ ⎬→⎩ ⎭

d pa g

KS et S u

T

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Période [s]

Sd

[m]

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Période [s]

SpA

[m/s

²]

Page 9: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Spectre de réponse élastique – principe d'établissement

Comportement aux limites

: 00

→ ∞⎧ ⎫→ →⎨ ⎬→⎩ ⎭

pa g d

KS u et S

T0

: 0→⎧ ⎫

→ →⎨ ⎬→ ∞⎩ ⎭d g pa

KS u et S

T

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Période [s]

Sd

[m]

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Période [s]

SpA

[m/s

²]

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Spectres de calcul pour l'analyse élastique

Spectres normatifs (Exemple: spectres Eurocode 8)

1 accélérogramme 1 spectre

Pour le dimensionnement, spectre de référence moyen pour une zone donnée

Spectre Type 1 (séismes lointains) –

M > 5.5 Spectre Type 2 (séismes proches) –

M < 5.5

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Spectres de calcul pour l'analyse élastique

Caractérisation: Paramètres: ag

, type de sol, γI

, ξ

• Spa

(T=0) = γI

ag

S

• Palier = zone résonante (Spa

= 2.5 x γI

ag

S)

• Première phase décroissant en 1/T ( SV ~= constante)

• Deuxième phase décroissante en 1/T²

( Sd constant)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Période [s]

SpA

[m/s

²]

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Période [s]

Sd

[m]

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Spectres de calcul pour l'analyse élastique

Utilisation pratique pour la vérification sismique d'un système à

1 degré

de liberté:

• Choix d'un type de spectre (1 ou 2) et des paramètres caractéristiques

• Vérification de résistance

Vérification des états-limites

de service (en général sur base d'un niveau de séisme plus faible)

( )max, , , ,ξ ξ→ → → =M K C T Spa F M Spa T

( ) ( )2

2

,, , , ,

ξ ξπ

→ → =T Spa T

M K C T Sd T

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Dynamique des oscillateurs multiples

Vibrations libres –

modes et périodes/fréquences propres

[ ]{ } [ ]{ } { } [ ] [ ]( ){ } { }20 0ω+ = ⇒ − =pM u K u K M u

Problème aux valeurs propres –

pour un système à

N degrés de liberté, N pulsations propres et N vecteurs propres associés

22,961 0,27449,091 0,12872,890 0,086

ω⎧ ⎫ ⎧ ⎫⎪ ⎪ ⎪ ⎪= → =⎨ ⎬ ⎨ ⎬⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎩ ⎭ ⎩ ⎭

T s

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Dynamique des oscillateurs multiples

Résolution dans la base des modes propres

Principe: Utiliser les amplitudes des modes comme inconnues

{ } { } [ ]{ },1

( ) ( ) ( )η η=

= =∑N

i p ii

u t t u U tForme des modes propres

Amplitude des modes propres (variable au cours du temps)

[ ]{ }[ ]{ }

2

*2 1,η ω ξ η ω η→ + + = − = − =i i

i i i i i i g g

i i i

u M r Lu u pour i Nu M u M

Facteur de participation modale

Possibilité

de résoudre le problème en considérant chacun des modes séparément.

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Dynamique des oscillateurs multiples

Sélection des modes / masse modale collaborante

[ ]{ }2

* *2 ii

i i i i i i g g

i i

u M rL u uM M

η ω ξ η ω η+ + = − = −

*=i

i

LM

1.42 0.51− 0.09

Pour une direction donnée, plus on "monte" dans les modes, moins le mode contribue à

la réponse globale

La sélection des modes à conserver se fait sur base

de la masse modale2

*= → =∑i

i i tot

i

Lm m MM

1

2

3

81%14.5%4.5%

=⎧⎪ =⎨⎪ =⎩

mmm

Critère Eurocode 8:

0.90.05≥

≥∑ i tot

i tot

m Mm M

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Utilisation des spectres de réponse pour les oscillateurs multiples

Principe

Système à

1DDL:

Valeur extrême obtenue par spectre

22ωξ ω+ + = − gu u u u

Système à

NDDL:

Valeur extrême pour chaque mode obtenue par spectre mis à

l'échelle par

On peut ensuite en dériver la valeur extrême de n'importe quelle grandeur (effort, déplacement) pour un mode donné)

2

*2η ω ξ η ω η+ + = − i

i i i i i i g

i

L uM

*i iL M

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

1T2T

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Utilisation des spectres de réponse pour les oscillateurs multiples

Combinaison des réponses selon les différents modes

L'approche spectrale fournit uniquement une valeur extrême pour chaque mode.

MAIS il est peu probable que ces valeurs extrêmes se produisent simultanément (+ signe éventuellement différent) !!

0 10 20 30 40 50 60 70-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

Extr. Mode 1

Extr. Mode 2

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Utilisation des spectres de réponse pour les oscillateurs multiples

Combinaison des réponses selon les différents modes

• Une simple addition est en général trop sécuritaire

• Les effets sont combinés selon une moyenne quadratique (SRSS ou CQC)

Exemple:

M1extr

= 14.64

mm

dexact

= 14.78 mm

M2extr

= 3.05

mm

dSRSS

= 14.95 mm (≠1.1%)

dsomme

= 17.69 mm (≠

20%)

• Approche utilisable pour n'importe quel effet (déplacement ou effort)

2SRSS iX X= ∑ CQC ij i j

i jX X Xα= ∑∑

α1 csteξ =

i jω ω

α1 csteξ =

i jω ω

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Analyse statique par force latérale

Principe

• Valable pour des structures régulières (un mode prépondérant)

Approximation reposant sur une équivalence de la résultante des efforts horizontaux en base (Base shear) = réaction aux forces d'inertie

Hypothèse: la structure se déforme uniquement selon son premier mode

( )

21

,max 1 1 1*1

1

( ) ( )

1λ λ

= =

= ≤

H pa pa

tot

LR S T m S TM

avec m M

Page 20: Degee_Structure Sous Action Sismique

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Analyse statique par force latérale

Principe

Analyser la structure sous l'effet d'une distribution de forces horizontales telles que leur résultante vaut

,max 1( )λ=H tot paR M S T

• Evite

le calcul explicite des modes propres

mais nécessite une estimation correcte de la période de vibration principale T1

Formules approchées pour structure courantes

• Nécessite l'estimation du coefficient λ

Eurocode 8: λ = 1.0 (sécuritaire = toute la masse de la structure sur le premier mode), sauf pour les bâtiments élevés (> 2 niveaux) et de période relativement courte ( λ = 0.85)

Page 21: Degee_Structure Sous Action Sismique

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Apport du travail plastique des matériaux

Bilan énergétique :

[ ]2( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )gM u t u t dt C u t dt F u u t dt M u t u t dt′′′′ ′ ′ ′ ′+ + = −∫ ∫ ∫ ∫ECinétique + EVisqueux + EDéformation = Etotale injectée

ECinétique + EVisqueux + EDéf_élastique + EDéf_plastique = Etotale injectée

Cas 1: Mmax

= MEl

Eél_1cycle

= 2 x (MEl

x θmax

/ 2)

= MEl

x θmax

Cas 2: Mmax

= MEl

/2

Etot_1cycle

= 4 x (MEP

x θy

)

= MEl

x θmax

Page 22: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Apport du travail plastique des matériaux

Même quantité

d'énergie accumulée dans la structure avec des éléments 2 fois moins résistants, pour autant qu'ils puissent supporter des déformations plastiques significatives

Différents choix de conception

Page 23: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Apport du travail plastique des matériaux

Même quantité

d'énergie accumulée dans la structure avec des éléments 2 fois moins résistants, pour autant qu'ils puissent supporter des déformations plastiques significatives

Différents choix de conception

Avantages de l'exploitation du comportement plastique

-

Moins de sensibilité

aux incertitudes sur l'action

-

Permet de justifier la tenue de bâtiments dimensionnés élastiquement

Page 24: Degee_Structure Sous Action Sismique

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Contexte généralObjectif global des méthodes inélastiques: reproduire le comportement sismique

d'une structure de manière réaliste,

Soit en phase de dimensionnement (comme étape d'un processus itératif);

Soit en fin d'un processus de dimensionnement pour évaluer les capacités effectives de la structure;

Soit pour évaluer (ou ré-évaluer) les capacités sismiques d'une structure existante.

Nécessité de prendre en compte:

Le comportement non linéaire matériel (plastifications, fissurations…)

Le comportement non linéaire géométrique (grands déplacements effets de second ordre, réorientation d'efforts, instabilités…)

Page 25: Degee_Structure Sous Action Sismique

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Contexte généralAnalyses élastiques linéaires:

Comportement non linéaire géométrique: Prise en compte limitée (non linéarités modérées) via un coefficient correctif dépendant de la flexibilité

latérale de la

structure (+ possibilité/nécessité

d'adapter le calcul de la raideur à

la situation)

totF M Spa(T)

T 2 M KK ??

λ

π

=

=

= •

Raideur fissurée / non-fissurée (initiale ou sécante)

• Raideur réduite par la compression

Page 26: Degee_Structure Sous Action Sismique

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Contexte généralAnalyses élastiques linéaires:

Comportement non linéaire matériel: Prise en compte de manière forfaitaire via le coefficient de comportement

Depl.

Eff.

θy θmax = μ

x θy

FEL

Fmax = FEL / q

La structure peut résister aux efforts imposés par le séisme:

- Calculés de manière élastique

- Divisés par q

Pour autant qu'elle soit capable de développer une ductilité

égale à

q (égalité

de déplacement)

OU

(q²

+ 1) / 2 (égalité

d'énergie)q = Coefficient de comportement

Page 27: Degee_Structure Sous Action Sismique

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Contexte généralAnalyses élastiques linéaires:

-

Concept étendu à

des structures plus complexes

-

Valeurs de q minimales par catégories de structures et selon le choix de conception (DCL, DCM ou DCH)

-

Concept valable pour des structures de période "pas trop courte"

-

Traduit en pratique par un "spectre de dimensionnement"

Page 28: Degee_Structure Sous Action Sismique

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Contexte généralAnalyse linéaire adaptée:

OK pour le (pré-) dimensionnement: Vérification de résistance sous spectre réduit + respect de règles pour garantir une ductilité

suffisante [Limites

d'utilisation imposées par les codes]

MAIS

La vérification du design final devrait idéalement être effectuée à

l'aide d'une analyse où

les effets non linéaires sont modélisés et non supposés;

Les analyses non linéaires sont également à

recommander pour l'évaluation de structures existantes, afin d'identifier le(s) mécanisme(s) de ruine et de prendre en compte d'éventuelles grandes déformations.

Les analyses non linéaires sont aussi indispensables pour la calibration d'approches simplifiées (Calibration des facteurs q et mise au point des règles technologiques visant la ductilité).

Page 29: Degee_Structure Sous Action Sismique

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse dynamique non linéaire

Intégration temporelle complète de l'équation du mouvement

Méthode la plus précise: représentation directe de la réponse "réelle"

( ) gM u C u F u M u+ + = −

Mais nécessite tout de même un certain nombre de vérification a posteriori (notamment les éventuels modes de rupture non prévu par le modèle. Exemple: Cisaillement dans les poteaux en béton armé)

Page 30: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse dynamique non linéaireRemarques relatives à l'analyse dynamique non linéaire

1. Modélisation du comportement non linéaire des matériaux.

-

Différents modèles existent (modèles "rotules", modèles "fibres")

-

Il est nécessaire de définir le comportement cyclique

Page 31: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse dynamique non linéaireRemarques relatives à l'analyse dynamique non linéaire

2. Définition de l'action

-

Chaque calcul NL est un cas particulier (un accélérogramme

donné)

-

Choix de plusieurs accélérogrammes représentatifs (Proposition Eurocode 8: 3 acgs

et conserver le résultat maximum OU 7 acgs

et Conserver le résultat

moyen)

-

Accélérogrammes

naturels (si disponibles)

-

Accélérogrammes

synthétiques (pour couvrir l'ensemble du spectre de design)

-0.4-0.3-0.2-0.1

00.10.20.30.4

0 10 20 30 40 50 60

Acg naturel-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

Temps [s]

Acc

élér

atio

n [m

/s^2

]

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0Acg synthétique

Page 32: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse dynamique non linéaireRemarques relatives à l'analyse dynamique non linéaire

3. Définition et calibration de l'amortissement

-

Pour l'analyse spectrale, on utilise un amortissement modal (en général ξ

= 5%)

-

L'amortissement modal n'a plus de sens en dynamique non linéaire

-

On doit définir la matrice d'amortissement complète

( ) gM u C u F u M u+ + = −

Page 33: Degee_Structure Sous Action Sismique

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse dynamique non linéaireRemarques relatives à l'analyse dynamique non linéaire

3. Définition et calibration de l'amortissement

-

En général, amortissement de Rayleigh:

Deux paramètres à définir, par exemple pour obtenir un niveau d'amortissement défini sur les deux premier modes

Problème: Faut-il utiliser Kini ou Ktg ?

C M Kα β= +

( ) gM u C u F u M u+ + = −

iniC M Kα β= + tgC M Kα β= +

Page 34: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse dynamique non linéaireRemarques relatives à l'analyse dynamique non linéaire

4. Analyse des résultats

-

Temps de calcul généralement élevé

-

Grande quantité

de résultats à

dépouiller

-

Encore plus important en cas d'analyse dynamique pas à

pas incrémentielle !

gaDéplacement maximum

Cis

aille

men

t en

base

-10-8-6-4-202468

10

Temps [s]

Acc

élér

atio

n [m

/s^2

]

-10-8-6-4-202468

10

Temps [s]

Acc

élér

atio

n [m

/s^2

]

-10-8-6-4-202468

10

Temps [s]

Accé

léra

tion

[m/s

^2]

Page 35: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Méthodes d'analyse en réponse inélastique

ALTERNATIVE: Analyse statique non linéaire en poussée progressive

Principe: établir la courbe Fb (u) par une analyse statique équivalente sous l'effet d'actions représentatives des forces d'inertie

1Pλ

2Pλ

3Pλ

4Pλ

Déplacement maximum

Cis

aille

men

t en

base

λ

Page 36: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse statique non linéaire en poussée progressive

Méthodologie:

Créer un modèle mécanique de la structure

Appliquer le chargement vertical nominal

Définir un modèle de plasticité

monotone pour le matériau

Appliquer et incrémenter un distribution de charge horizontale jusqu'à "ruine" de la structure

Cst1Pλ

2Pλ

3Pλ

4Pλ

Page 37: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse statique non linéaire en poussée progressive

Avantages:•

Significativement plus rapide que l'analyse dynamique

Permet l'évaluation:

De la sur-résistance

globale (αu

/α1

) validation du coefficient de comportement q utilisé pour le design

De l'allure de la déformée inélastique

Des zones de concentration de déformation ("rotules plastique")

Page 38: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse statique non linéaire en poussée progressive

Avantages:•

Significativement plus rapide que l'analyse dynamique

Permet l'évaluation:

De la sur-résistance

globale (αu

/α1

)

De l'allure de la déformée inélastique

Des zones de concentration de déformation ("rotules plastique")

Des efforts dans les éléments non-ductiles

comparer à

la résistance)

De la déformation des éléments ductiles

comparer à

la courbure limite)

Page 39: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse statique non linéaire en poussée progressive

Avantages:•

Significativement plus rapide que l'analyse dynamique

Permet l'évaluation:

De la sur-résistance

globale (αu

/α1

)

De l'allure de la déformée inélastique

Des zones de concentration de déformation ("rotules plastique")

Des efforts dans les éléments non-ductiles

comparer à

la résistance)

De la déformation des éléments ductiles (à

comparer à

la courbure limite)

De l'effet des irrégularités géométriques (verticales + horizontales si modèle 3D)

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Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse statique non linéaire en poussée progressive

Principales limitations:

Vue en plan

CRCM

1Pλ

2Pλ

3Pλ

4Pλ

Le comportement cyclique des matériaux n'est pas explicitement pris en compte

Difficultés dans le cas de bâtiments avec torsion éventuelle (distribution irrégulière de masses)

Définition de la distribution verticale des efforts (modes supérieurs, modes inélastiques)

1P 'λ

2P 'λ

3P 'λ

4P 'λ

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Analyse statique non linéaire en poussée progressive

Mise en relation avec le niveau d'action sismique (point de fonctionnement ou point de performance):

gaDéplacement maximum

Cis

aille

men

t en

base

-10-8-6-4-202468

10

Temps [s]

Acc

élér

atio

n [m

/s^2

]

-10-8-6-4-202468

10

Temps [s]

Acc

élér

atio

n [m

/s^2

]

-10-8-6-4-202468

10

Temps [s]

Acc

élér

atio

n [m

/s^2

]

1Pλ

2Pλ

3Pλ

4PλDéplacement maximum

Cis

aille

men

t en

base

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Evaluation

du point de performance

1ère

étape: Conversion de la courbe MDDL en une courbe 1DDL équivalente

1Pλ

2Pλ

3Pλ

4Pλ

m*

*i i i

*i22

ii i

i

top* *b

m m P

PmPmmuFF et u

φ

φ

= =

Γ = =

= =Γ Γ

∑ ∑∑

∑ ∑

Rem: Push-over

modal / Push-over

adaptatif

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Evaluation

du point de performance

Approche en amortissement (ATC 40)

1.

Superposition de la courbe de capacité

et du spectre ADRS calculé

pour un amortissement arbitraire ξ

2.

Lecture du déplacement au point d'intersection

3.

Évaluation de l'amortissement ξ' correspondant au déplacement

4.

Si ξ

ξ', reprendre l'étape 1 avec un spectre calculé

pour l'amortissement ξ'

5.

Si ξ

= ξ', le déplacement correspond au point de fonctionnement

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Evaluation

du point de performance

Approche en amortissement (ATC 40)1.

Superposition de la courbe de capacité

et du spectre ADRS calculé

pour

un amortissement arbitraire ξ

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

Période [s]

Dép

lace

men

t spe

ctra

l [m

]

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

2

4

6

8

10

12

14

16

Période [s]

Acc

élér

atio

n [m

/s²]

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.450

2

4

6

8

10

12

14

16

Déplacement spectral [m]

Acc

élér

atio

n sp

ectra

le [m

/s²]

Sd(T) Spa(T) Spa(Sd)Spectre ADRS

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Evaluation

du point de performance

Approche en amortissement (ATC 40)1.

Superposition de la courbe de capacité

et du spectre ADRS calculé

pour un amortissement arbitraire ξ

*top* *b

* *

uFFa fct um m

⎛ ⎞= = = =⎜ ⎟Γ Γ⎝ ⎠

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Déplacement [m]

Accé

léra

tion

[m/s

²]

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Evaluation

du point de performance

Approche en amortissement (ATC 40)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Déplacement [m]

Accé

léra

tion

[m/s

²]

2. Lecture du déplacement au point d'intersection

3. Évaluation de l'amortissement ξ' correspondant au déplacement

dy

d* = μ

dy0

00

0

0.05

14

2

0.05

Eq

D

S

y pi y pi

pi pi

Eq

EE

a d d aa d

ξ ξ

ξπ

π

ξ κ ξ

= +

=

−=

= +

Page 47: Degee_Structure Sous Action Sismique

Cours Grasmech – Eléments d'analyse des structures sous action sismique

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25Déplacement [m]

Acc

élér

atio

n [m

/s²]

Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Evaluation

du point de performance

Approche en amortissement (ATC 40)

4. Si ξ

ξ', reprendre l'étape 1 avec un spectre calculé

pour

l'amortissement ξ'

5. Si ξ

= ξ', le déplacement correspond au point de fonctionnement

dy

d* = μ

dy

ξξ'

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Evaluation

du point de performance

Approche N2 (Eurocode 8)

Masse effective

Coefficient de transformation

Force et déplacement pour le système à

1DDL équivalent

bi-linéarisation

de la courbe et calcul du déplacement élastique

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Evaluation

du point de performance

Approche N2 (Eurocode 8)

Période effectiveDéplacement élastique

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Evaluation

du point de performance

Approche N2 (Eurocode 8)

Déplacement du système réel

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Méthodes de dimensionnement direct basé

sur les déplacements

Objectif: Dimensionner une structure en maîtrisant le niveau de dommage subi pour un niveau d'action donné

Par exemple:

EQ "de service" (Tret

= 50 ans): Pas de dommage (comportement élastique)

EQ "de calcul" (Tret

= 500 ans): Dommages réparables

EQ "extrême" (Tret

= 2500 ans): Pas d'effondrement (Life

safety)

Par comparaison, un dimensionnement en force ne garantit que la résistance (+ incertitude sur les valeurs de facteur de comportement)

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Méthodes de dimensionnement direct basé

sur les déplacements

Objectif: Dimensionner une structure en maîtrisant le niveau de dommage subi pour un niveau d'action donné

Kobé

(1995) Extrême

Acceptable Non acceptable

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Méthodes de dimensionnement direct basé

sur les déplacements

Objectif: Dimensionner une structure pour en maîtrisant le niveau de dommage subi pour un niveau d'action donné

SANS PASSER PAR UNE PROCEDURE ITERATIVE

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Méthodes de dimensionnement direct basé

sur les déplacements

Méthodologie

Etape

1:

Définir l'état de déplacement "cible" en liaison avec le niveau de performance recherché

(par exemple, drift inter-étage

ou niveau de

courbure)

Etape

2:

Estimer le déplacement élastique de la structure (formules approchées pour des schémas types). En déduire la ductilité

requise.

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Méthodes de dimensionnement direct basé

sur les déplacements

Méthodologie

Etape

3:

Connaissant la ductilité, en déduire l'amortissement visqueux équivalent représentatif de la dissipation hystérétique

Pilares BA

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6Ductilidade

EFV

D [%

]

Blandon (1.0 sec)Piestley and Blandon (0.5 sec)Dwairi et al (1.0 sec)Dwairi et al (0.5 sec)Kwan

Vigas BA

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6Ductilidade

EFV

D [

%]

Blandon (1.0 sec)Priestley Dwairi et al (1.0 sec)Dwairi et al (0.5 sec)Blandon (0.5 sec)Kwan

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Méthodes de dimensionnement direct basé

sur les déplacements

Méthodologie

Etape

4:

Connaissant l'amortissement équivalent, le spectre de déplacement et le déplacement cible, en déduire la période effective de la structure

Difficultés:

-

Evaluation

du spectre de déplacement aux longues périodes

-

Effets de l'amortissement sur le spectre de déplacement

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Méthodes d'analyse en réponse inélastique

Méthodes de dimensionnement direct basé

sur les déplacements

Méthodologie

Etape

5:

Connaissant la période effective et la masse de la structure, en déduire la raideur sécante et le cisaillement en base

Etape

6: Finaliser le dimensionnement capacitif sur base de l'effort ainsi évalué

Keff = 4π2Meff / Teff2

Vbase

= Δobj

Keff