Earthquake-resistant design procedures for tall guyed telecommunication masts

Les infrastructures de télécommunication sont des composants essentiels de communication dans le réseau d'installations post-critiques. Leur préservation en cas de séisme sévère est essentielle et exige une vigilance particulière dans toutes les régions sismiquement actives du monde. Cette recherche traite du comportement dynamique des grands mâts de télécommunication sous charges sismiques. La littérature scientifique indique que la conception des mâts de télécommunication est souvent régie par des critères de fonctionnalité sous des conditions de vents violents. Cependant, il est requis de vérifier la bonne tenue parasismique des mâts de télécommunication construits dans les zones de sismicité modérée à élevée. Le comportement dynamique non-linéaire des grands pylônes de télécommunication haubanés est extrêmement complexe. À l'heure actuelle, la seule façon de vérifier la tenue parasismique de ces structures est de procéder à des analyses dynamiques non-linéaires dans le domaine temporel basées sur des modèles détaillés utilisant des éléments finis. Un tel effort est justifiable dans le cas de structures très hautes et importantes en zone d'activité sismique intense. Toutefois, pour les structures usuelles habituellement conçues en fonction des effets des charges climatiques, le degré de complexité de ces méthodes dépasse la pratique professionnelle habituelle dans ce secteur du génie. Il existe donc un besoin pratique de disposer de procédures simplifiées pour vérifier la tenue parasismique des pylônes haubanés de télécommunication de grande taille. De telles procédures sont disponibles pour les tours de télécommunication autoportantes, mais aucune méthode rationnelle n'a été proposée à date pour les mâts haubanés. En premier lieu, cette recherche a étudié les caractéristiques dynamiques des groupes de haubans en se basant sur les principes mécaniques connus décrivant le comportement des câbles structuraux. Des simulations numériques détaillées et des études analytiques ont été faites pour un total de 57 haubans faisant partie de huit mâts de télécommunications existants avec des hauteurs variant de 150 à 607 m. Une procédure mathématique basée sur l'analyse spectrale a été développée pour remplacer les rigidités de câbles non-linéaires variant dans le temps, par un modèle simplifié équivalent. Ce modèle est fonction de la fréquence naturelle du câble, sa masse et son élasticité, ainsi que du contenu fréquentiel de l'excitation sismique. Il tient également compte de l'interaction avec la rigidité du mât. La justification du développement de ce modèle est que chaque groupe de haubans ancrés au même niveau du mât peut ensuite être étudié à partir d'un modèle équivalent unique du type masse-ressort. Par la suite, des modèles condensés des pylônes haubanés de l'étude ont été créés où les éléments individuels de rigidité horizontale ont été introduits à chaque niveau d'attache au mât. Des matrices de masse et de rigidité équivalente des structures ont été développées à des fins d'analyse sismique et la fiabilité de l'approche simplifiée a été testée avec neuf cas réels de mâts de télécommunication soumis à cinq excitations sismiques. Une neuvième structure s'est ajoutée aux huit premières car des mesures in situ de fréquences naturelles et de tensions dans les haubans sont prévues.En guise de validation supplémentaire, la méthode développée a été vérifiée pour deux pylônes haubanés sélectionnés parmi les neuf cas sous l'effet de quatre-vingt-un enregistrements de tremblements de terre californiens. Il est à noter que cette recherche a été élaborée pour soutenir le développement scientifique de la norme canadienne CAN/CSA-S37 dédiée à la conception des antennes, mâts et supports d'antennes. L'appendice M qui porte sur la conception parasismique des structures de télécommunication ne comporte actuellement aucune méthode simplifiée rationnelle pour les pylônes haubanés.

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