DESCRIPTION COMPORTEMENTALE DES SYSTEMES

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1 DESCRIPTION COMPORTEMENTALE DES SYSTEMES
Parcours de formation ET10 DESCRIPTION COMPORTEMENTALE DES SYSTEMES Structures porteuses Aspects vibratoires

2 Plan des activités :  Introduction  Grandeurs physiques influentes
 Extrait du programme STI2D  Expériences proposées / Matériel  Construction parasismique  Modélisation et description de la stratégie

3 Introduction Les tremblements de terre sont inévitables et imprévisibles.

4 Introduction Les tremblements de terre sont inévitables et imprévisibles. L’effondrement des constructions peut être évité.

5 Introduction Les tremblements de terre sont inévitables et imprévisibles. L’effondrement des constructions peut être évité. Objectif des règles de construction para sismique : => garantir le non effondrement des constructions pour préserver les vies humaines

6 Grandeurs physiques influentes
1. Caractéristiques du sol 2. Raideur de la construction 3. Masse de la construction 4. Fréquence des séismes

7 1. Localisation de la construction
 Zone sismique (statistique)  Caractéristiques du sol (liquéfaction)  Topographie du sol (colline)

8 2. Raideur de la structure
 inertie I [m4]

9 2. Raideur de la structure
 inertie I [m4]  élancement L [m]

10 3. Raideur de la structure
 inertie I [m4]  élancement L [m]  matériau E [MPa]

11 4. Raideur de la structure
 inertie I [m4]  élancement L [m]  matériau E [MPa]  liaisons n [/]

12 3. Masse de la construction
La fréquence propre de la construction dépend :  de sa raideur  et de sa masse.

13 4. Fréquence des séismes Si la fréquence du séisme et la fréquence propre de la construction sont similaires alors la construction entre en résonance (effets du séisme amplifiés)

14 Imbrications des différentes grandeurs physiques citées:
Sollicitations & Déformations

15 Mouvement de la structure
Imbrications des différentes grandeurs physiques citées: Mouvement de la structure Sollicitations & Déformations

16 Mouvement de la structure
Imbrications des différentes grandeurs physiques citées: Localisation Fréquence séisme Mouvement de la structure Sollicitations & Déformations Fréquence propre

17 Mouvement de la structure
Imbrications des différentes grandeurs physiques citées: Localisation Fréquence séisme Mouvement de la structure Sollicitations & Déformations raideur Fréquence propre masse

18 Mouvement de la structure
Imbrications des différentes grandeurs physiques citées: Localisation élancement Fréquence séisme matériau Mouvement de la structure Sollicitations & Déformations raideur inertie Fréquence propre masse liaison

19 Mouvement de la structure
Facteurs sur lesquels on peut agir lors de la conception Localisation élancement Fréquence séisme matériau Mouvement de la structure Sollicitations & Déformations raideur inertie Fréquence propre masse liaison

20 Extrait du programme STI2D
2.3.4 Structures porteuses Aspects vibratoires « A ne traiter que sous forme expérimentale de manière à faire apparaître le lien entre amplitude des vibrations, fréquence et inertie – raideur du produit. »

21 Expériences proposées
Localisation Comportement d’un sol sablonneux humide au cours d’un séisme.

22 Expériences proposées
Petits ouvrages Comportement d’une structure en maçonnerie non chaînée

23 Expériences proposées
Petits ouvrages Comportement d’une structure en maçonnerie chaînée

24 Expériences proposées
Comportement d’une structure métallique sans contreventement

25 Expériences proposées
Comportement d’une structure métallique avec contreventement

26 Expériences proposées
Monolithisme Fixation des éléments lourds

27 Expériences proposées
Raideur Influence de l’élancement

28 Expériences proposées
Raideur Influence de la section

29 Expériences proposées
Raideur Influence des liaisons

30 Expériences proposées
Raideur Influence du matériau

31 Expériences proposées
Fréquence propre Raideur : élancement (à masse égale)

32 Expériences proposées
Fréquence propre Masse (à hauteur égale)

33 Expériences proposées
Mise en évidence de la torsion

34 Expériences proposées
Mise en évidence de la torsion

35 Expériences proposées
Amortissement Appuis élastomères

36 Expériences proposées
Isolement La maquette est posée sur des rouleaux

37 Matériel Table vibrante Maquettes

38 Construire Les constructions parasismiques rassemblent en général les caractéristiques principales suivantes : Une implantation bien choisie Des formes simples et symétriques Des éléments structuraux solidaires Des matériaux résistants, élastiques

39 Implantation Il faut éviter de construire :
- sur un terrain saturé en eau - à cheval sur deux types de sols - au pied / au sommet d’une falaise - au pied / au sommet d’une pente - dans une pente - sur un relief rocheux - au dessus d’une cavité souterraine Il faut construire sur un sol stable et ancrer les fondations dans le substratum rocheux

40 Forme de la structure Les formes doivent être simples et symétriques
Les formes en T en U en L sont déconseillées

41 Forme de la structure Il est cependant possible de diviser les formes complexes en blocs rectangulaires

42 La structure

43 La structure

44 Excitation – ouvrage – spectre de réponse
Excitation sismique Excitation

45 Excitation – ouvrage – spectre de réponse
modèle simplifié (modèle dit « brochette » ou poutre équivalente) obtenu après analyse Excitation

46 Excitation – ouvrage – spectre de réponse
Le spectre de réponse, permet de déterminer l’accélération (et donc la force) maximale à laquelle les bâtiments seraient soumis si les séismes de référence se produisaient.

47 Equation amortie du mouvement oscillatoire F(inertie) + F(rappel) + F(amortissement) = 0 cx’ + kx + m.x ’’ = 0 – m = masse – x’’ = pseudo-accélération – k = raideur – x = déplacement (déformée) – c = amortissement – x’ = vitesse

48 Stratégies pour l’absorption de l’énergie sismique par la structure
Action : Fi = m. x’’ – Maîtriser les masses – Maîtriser les accélérations

49 Réaction : Ri = - k.x – c.x’ – k.x optimiser les forces de rappel k coefficient de raideur x déplacement à l’instant considéré – c.x’ optimiser les forces dissipées c coefficient d’amortissement du système x’ vitesse à l’instant considéré

50 Analyse modale spectrale
Masse Raideur Amortissement Structure Séisme m.x ’’ + kx + cx’ = f(t) Analyse temporelle x(t) déplacement en fct du tps x’(t) vitesse x’’(t) accélération Analyse modale spectrale xmax déplacement maxi x''max accélération maxi G-Hivin-Dyn-Struc

51 Conception des structures
Augmenter le stockage d'énergie: Augmenter la résistance mécanique dans le domaine élastique Force de rappel Energie mécanique stockée (potentielle et cinétique) Augmenter la dissipation d'énergie: Augmenter l'amortissement externe ou interne (plastification de matériaux) Energie dissipée Minimiser les forces d'inertie: Diminuer la masse Diminuer l'accélération réponse (modifier les raideurs) Energie sismique G-Hivin-Dyn-Struc

52 Objectifs de l’isolation parasismique 1
Objectifs de l’isolation parasismique 1. découpler l’infrastructure de la superstructure l’infrastructure se déplace avec le sol sans se déformer la superstructure réagit à l’action du sol et se déforme sous l’effet des forces d’inertie.

53 2. minimiser l’action sismique sur la structure en allongeant sa période propre. Le but de sa conception est de conférer à l’ensemble une période permettant la dé-amplification de l’action sismique.

54 remarque : L’isolation parasismique est associée à des dispositifs amortisseurs qui limitent l’amplitude des déplacements de la structure.