Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Les aciers de construction sont ductiles et permettent de construire des bâtiments capables de plier sans se rompre, et ceci dans des mécanismes locaux de déformation qui sont, dans le cas des structures acier, très nombreux. Cet article explique l'intérêt d'utiliser dans le projet de construction parasismique cette capacité à dissiper de l'énergie dans le domaine plastique, ainsi que sa formalisation en « classes de ductilité » dans l'Eurocode 8. Les mécanismes locaux dissipatifs et non dissipatifs sont identifiés. Sont décrits les mécanismes plastiques globaux objectifs du projet dissipatif dans les différentes topologies de structure : ossatures en portique, ossatures avec triangulations à barres centrées, ossatures à triangulation excentrée. Le dimensionnement en capacité, pilier de ce type de projet, est exposé, d'abord dans son principe, puis dans ses applications. Les règles de projet relatives aux différentes topologies d'ossature acier sont présentées, ainsi que la signification et la justification des règles, et des éléments relatifs à la conception générale des bâtiments parasismique en acier.
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André PLUMIER : Professeur à l’université de Liège
INTRODUCTION
Les aciers de construction répondant aux normes sont ductiles et cette caractéristique fait a priori des profilés, plats et tôles, d’excellents produits pour réaliser des constructions stables en zone sismique, car ces produits en acier permettent de réaliser une dissipation d'énergie élevée et, ce, dans plusieurs schémas de déformation.
Les observations effectuées après des tremblements de terre majeurs confirment généralement le caractère parasismique efficace des constructions métalliques, mais des exceptions existent. Ainsi, le séisme de Northridge (USA), en 1994, et celui de Kobe (Japon), en 1995, ont conduit à des fissurations locales nombreuses dans certains bâtiments. Le caractère métallique d’une construction n’est donc pas nécessairement synonyme de qualité parasismique et, seules, des options réfléchies permettent d'assurer le comportement global ductile recherché.
Le projet de construction devra favoriser la formation de zones dissipatives saines où se développent des déformations locales ductiles, lesquelles devront se produire à des endroits choisis. Ceci sera réalisé par le respect de règles particulières relatives aux matériaux, aux éléments et aux assemblages, ainsi que par l’application de critères de hiérarchie découlant tous du concept général de « dimensionnement en capacité » spécifiques à chaque type d’ossature.
Ces règles et critères, dont le développement est récent, n’étaient pas inscrits dans la première version des règles PS92. On les présente ici dans le contexte de la formulation retenue dans l’Eurocode 8, code parasismique en vigueur dans toute l’Europe en 2011. Le choix a été fait de garder dans le texte qui suit les symboles utilisés dans la version française de l’Eurocode 8, qui comprennent parfois des indices en terminologie anglaise.
L'aspect des charpentes mixtes acier-béton est abordé dans le [C 2 569].
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Dimensionnement en capacité
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1. Ossatures dissipatives et non dissipatives
1.1 Options de principe en projet parasismique
Il existe deux approches dans le dimensionnement d’ossatures devant résister aux tremblements de terre. Il s'agit de concevoir des structures soit :
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dont les sections sont très grosses et où ne se développent que des contraintes élastiques ;
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dont les sections des barres sont plus petites, de sorte qu’elles permettent de former des zones plastiques nombreuses.
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Une structure correspondant à la première option est plus lourde. Il se peut qu’elle n’offre pas la marge de sécurité permettant de subir avec succès une action sismique plus élevée que prévu. Dans ce cas, son comportement global apparaît « fragile ». Il correspond, par exemple, à la figure 1 a .
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Dans une structure conçue selon la seconde option, des parties volontairement choisies de la structure sont conçues pour leur capacité de déformation plastique cyclique et l’ossature entière est proportionnée de manière telle que, seules, les zones locales prévues se déforment plastiquement. Le comportement est alors ductile et correspond à la figure 1 b . La structure dissipe ainsi de façon permanente une énergie représentée par l’aire sous la courbe V-d. Pour cette raison, on distingue ces deux concepts de projet par les termes « dissipatif » et « non-dissipatif ».
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Un comportement ductile, qui implique des capacités de déformation plastique, est intéressant pour résister aux séismes, car en raison des incertitudes sur la connaissance du niveau réel de l’action sismique future, d’une part, et de l’imprécision des analyses de la réponse des ossatures sous séismes, d’autre part, il arrive que l’action sismique et/ou ses effets soient plus grands que prévus. Cette sur-sollicitation est facilement absorbée par un peu plus de dissipation d’énergie dans des mécanismes plastiques, alors que les éléments de la structure seraient incapables...
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Ossatures dissipatives et non dissipatives
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BETBEDER-MATIBET (J.), DOURY (J.-L.) - Constructions parasismiques - Traité Bâtiments et Travaux Neufs, [C 3 290] (Mai 1997).
-
(2) - BISCH (P.) - Constructions Parasismiques - Eurocode 8. Traité Construction, [C 3 292] (Août 2002).
-
(3) - PLUMIER (A.) - Constructions parasismiques mixtes acier-béton. Contexte de l’Eurocode 8 - [C 2 569] (2009).
ANNEXES
Ouvrages, articles, actes de colloque
PLUMIER (A.) - Conception parasismique - Note de cours de l’université de Liège. Publication Interne de la Faculté des Sciences de l’Ingénieur (2007).
CARVALHO (E.), ELNASHAI (A.), FARDIS (M.), FACCIOLI (E.), PINTO (P.), PLUMIER (A.) - Designers Guide to EN 1998-1 and 1998-5 - Eurocode 8 : Design Provisions for Earthquake Resistant Structures. Thomas Telford Publisher (2005).
PLUMIER (A.) - The dogbone – Back to the future - AISC Engineering Journal – Second quarter – Volume 34, n° 2 (1997).
Guide des dispositions constructives parasismiques des ouvrages en acier, béton, bois et maçonnerie - AFPS (Association Française du Génie Parasismique). Presses de l’École Nationale des Ponts et Chaussées (2006).
PLUMIER (A.) - Two Innovations for Earthquake Resistant Design : the INERD Project - Editor. Rapport EUR 22044 EN. Publication of the Commission of European Communities (2006).
TREMBLAY (R.), BEN FTIMA (M.), SABELLI (R.) - An innovative bracing configuration for improved seismic response - Recent Advances and new trends in structural design. International Colloquium. Timisoara...
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