Évaluation de la performance sismique bidirectionnelle des piles de pont rectangulaires au Québec

Je remercie sincèrement tous ceux qui m'ont aidée et appuyée durant la réalisation de ce mémoire.Je remercie d'abord et avant tout mon directeur de mémoire, le professeur Najib Bouaanani.Il m'a proposé un sujet de recherche qui correspondait à mes intérêts et m'a aidé à le raffiner tout au long de ma maîtrise.Ses suggestions et ses recommandations ont grandement contribué à l'amélioration de ce mémoire.Je remercie également Sylvain Renaud pour sa disponibilité, ses conseils et son aide précieuse.Je remercie aussi les professeures Sanda Koboevic et Nathalie Roy d'avoir accepté d'être membres du jury.Je remercie le CRSNG et le FRQNT pour leur soutien financier.Je tiens également à remercier tous les collègues du bureau pour le soutien et les bons moments passés ensemble.Un merci spécial à David Ek pour l'organisation des parties de hockey et de pétanque.Finalement, je remercie les membres de ma famille qui m'ont soutenue durant mes études.Merci à mon mari, Marc Dussault-Matte, qui m'a toujours encouragée et a si bien pris soin de notre fille Éliane durant la rédaction de ce mémoire.Merci à mes parents, mon frère et mes beaux-parents pour leur soutien continu.v RÉSUMÉ Ce mémoire étudie le comportement sismique des piles de pont rectangulaires en béton armé soumises à des sollicitations sismiques bidirectionnelles.Les effets de l'angle d'incidence des tremblements de terre sur la réponse dynamique des piles et sur leur performance sismique sont notamment étudiés.D'abord, une analyse comparative des méthodes de modélisation de piles par éléments de fibres est réalisée.Les méthodes de modélisation par éléments de fibres basées sur la force (méthode de flexibilité) et sur les déplacements (méthode de rigidité) sont détaillées et comparées.La principale différence entre les deux méthodes est que la méthode de flexibilité permet de satisfaire l'équilibre des forces en tout point alors que l'équilibre est satisfait au niveau global seulement pour la méthode de rigidité.Pour une géométrie régulière dans le domaine linéaire, les deux méthodes conduisent aux mêmes résultats.Ce n'est pas le cas dans le domaine non-linéaire, car la courbure des éléments basés sur la force n'est pas obligatoirement linéaire, contrairement à celle des éléments basés sur les déplacements.Une étude de cas simple réalisée à l'aide du logiciel SeismoStruct permet de réaliser une comparaison préliminaire des deux méthodes de modélisation.Cette étude comparative montre que les deux méthodes de modélisation peuvent reproduire adéquatement l'enveloppe d'une courbe d'hystérésis force-déplacement d'une colonne soumise à un chargement cyclique.Un seul élément basé sur la force avec plusieurs points d'intégration est requis pour la méthode de flexibilité alors que plusieurs éléments basés sur les déplacements sont requis pour la méthode de rigidité.Par la suite, des modèles numériques en éléments de fibres de piles rectangulaires sont construits et validés à partir de résultats d'essais expérimentaux présentés dans la littérature.Trois essais expérimentaux de chargement cyclique sur des piles-murs ou des piles rectangulaires ont été utilisés afin de valider l'approche adoptée pour la modélisation des piles avec des éléments de fibres.Les trois piles considérées sont respectivement soumises à des chargements selon la direction de l'axe faible, la direction de l'axe fort et les deux directions principales.Pour atteindre la convergence et reproduire adéquatement le comportement des piles sollicitées en flexion, il est nécessaire d'ajuster le nombre de points d'intégration (méthode de flexibilité) ou d'éléments (méthode de rigidité), d'ajouter des ressorts si les déformations en cisaillement sont importantes et d'ajuster les paramètres du modèle d'acier.La compa-vi raison entre les résultats des modèles numériques calibrés adéquatement et ceux des essais expérimentaux a permis de conclure qu'il est possible de reproduire les courbes d'hystérésis force-déplacement des piles avec les modèles en éléments de fibres.Pour la pile rectangulaire chargée bidirectionnellement, une comparaison est réalisée entre les valeurs de déplacements relatifs auxquels surviennent différents états limites de dommages pour : (i) l'essai au laboratoire ; (ii) le modèle à un élément de fibres basé sur la force ; et (iii) différentes valeurs rapportées dans la littérature.Enfin, des analyses dynamiques temporelles linéaires et non-linéaires bidirectionnelles d'un pont appuyé sur une pile rectangulaire ont été réalisées afin d'étudier deux paramètres méthodologiques en lien avec la performance sismique des piles de pont.D'abord, l'influence de l'angle d'incidence des accélérogrammes est évaluée pour un pont droit et un pont biais, tant dans le domaine linéaire que non-linéaire.Les analyses réalisées montrent que la variabilité causée par l'utilisation de onze paires d'accélérogrammes étalonnées sur un même spectre cible est supérieure à la variabilité causée par la rotation des accélérogrammes.Ensuite, l'évaluation des critères de performance sismique est étudiée.Les états limites définis dans la norme CSA-S6-14 ainsi que quelques états définis dans la littérature sont associés aux déplacements relatifs du sommet de la pile dans les deux directions principales.Les analyses dynamiques temporelles non-linéaires réalisées pour onze paires d'accélérogrammes et six angles d'incidence permettent d'observer que la bidirectionnalité à un effet important sur les déplacements relatifs auxquels surviennent les différents états limites.Pour le modèle numérique du pont étudié, les valeurs de déplacements relatifs auxquels surviennent différents états limites de dommages sont moins élevées que celles rapportées dans la littérature.

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