Étude de la réponse dynamique d'une structure existante avec prise en compte de l'interaction dynamique sol-structure dans le contexte de l'Est du Canada

Ce travail quantifie l’impact de la prise en considération de l’interaction dynamique sol-structure (IDSS) dans le processus d’évaluation sismique d’un bâtiment institutionnel type du Québec construit sur un dépôt de sol postglaciaire dans le contexte sismique de l’Est du Canada. Pour y parvenir, des analyses comparatives de la réponse d’une structure sous sollicitation sismique ont été réalisées suivant des approches d’analyse sismique de complexité croissante, soit la méthode pseudo-dynamique, l’analyse temporelle non-linéaire sans considération de l’IDSS, l’analyse temporelle non-linéaire avec considération de l’IDSS via la méthode des sous-structures et finalement l’analyse temporelle non-linéaire d’un modèle couplé sol-structure. \n \nLe système structural étudié provient d’un bâtiment institutionnel typique des années 1970 dont le système de résistance aux forces sismiques est composé de quatre cadres en béton armé de trois travées et trois étages. L’analyse s’est concentrée sur l’étude individuelle d’un des cadres du bâtiment. Le cadre possède une hauteur de 12,2 m et une largeur de 20 m. \n \nLe dépôt de sol considéré est un emplacement de catégorie E situé dans le bassin de l’ancienne mer de Champlain dans les environs de la vallée de Breckenridge Creek (QC). Il s’agit d’un dépôt argileux profond ayant fait l’objet d’une vaste campagne d’investigation géotechnique par la Commission géologique du Canada (Crow et al., 2017). \n \nLa modélisation numérique de la structure et du dépôt de sol est réalisée dans le logiciel OpenSees. Des modèles bidimensionnels sont développés afin d’étudier la réponse dynamique de la structure sans prise en compte de l’IDSS, l’interaction cinématique, la réponse dynamique de la structure avec prise en compte de l’IDSS avec la méthode des sous-structures et la réponse dynamique de la structure dans un modèle global sol-structure. La non-linéarité du sol est modélisée avec une loi de comportement non-linéaire avancée capable de considérer l’écrouissage isotropique et la réduction du module de cisaillement en fonction de la déformation de cisaillement. Les accélérations des différents étages, les déplacements relatifs ainsi que les efforts dans les colonnes sont enregistrés pour chaque approche de modélisation et servent de base de comparaison pour évaluer l’impact de l’IDSS sur la réponse de la structure. \n \nPour le cas étudié, les résultats montrent que la méthode des sous-structures peut-être efficacement appliquée à des situations où la sismicité anticipée est faible à modérée, c’est-à-dire des situations ou la non-linéarité des systèmes (sol et structure) demeure marginale. Dans le cas de forts séismes, où la non-linéarité des systèmes est importante, l’utilisation de la méthode directe est préférable à condition de simuler : (a) la non-linéarité de la structure, afin de capturer la perte de résistance et les modifications à la rigidité en cours de chargement dynamique, (b) la non-linéarité du sol au moyen d’une courbe adéquate de réduction de module permettant de simuler correctement le comportement hystérétique du sol, et (c) l’impact du poids de la structure sur les contraintes effectives de confinement du sol. \n \nLes résultats montrent également que la prise en considération de l’IDSS mène généralement, pour les situations qui sont considérées dans le présent travail, à une réduction des efforts et des accélérations aux étages de la structure (jusqu’à 30 %), mais entraine une augmentation des déplacements relatifs (de 12 à 30 % selon les étages). Ces résultats sont similaires à ceux rapportés dans la littérature. Les résultats montrent également que les déplacements du sol de fondation entrainent une modification importante de la réponse structurale qui n’est pas capturée par la méthode des sous-structures.

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