Vu Thanh Kien

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  • DEMARCHES DE CALCUL DES EFFETS DE LA TORSION SUR LES CONTREVENTEMENTS DUNE STRUCTURE EN BOIS EN

    SITUATION SISMIQUE

    VU T.K. FUENTES S. FOURNELY E. BOUCHAR A. Clermont Universit, Universit Blaise Pascal, LaMI, BP 206, F-63000 Clermont-Ferrand, France thanh.kien.vu@polytech.univ-bpclermont.fr Rsum Le prsent travail expose une dmarche pour prendre en compte le phnomne de la torsion d'axe vertical qui est plus difficile matriser que les modes de flexion pour les situations sismiques. Une analyse typologique de btiments courants est conduite et une classification originale, base sur la distribution des implantations des contreventements et leur degr de symtrie, est propose. Une tude paramtrique est mene avec la mthode de combinaison multi-2D pour analyser l'influence de diffrentes configurations de contreventement sur la sensibilit de l'ouvrage tudi aux phnomnes de torsion. Lensemble de ces rsultats conduit la ralisation dune base de donnes qui pourra servir de rfrence pour lanalyse de linfluence de la semi- rigidit des diaphragmes ou de la non-linarit relle des contreventements sur la rpartition des sollicitations. MOTS-CLS : situation sismique, torsion, distribution des contreventements.

  • "SICZS_2010" Symposium International sur la Construction en Zone Sismique Universit Hassiba Benbouali de Chlef (Algrie), 26 27 octobre 2010

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    1. Introduction

    Lvolution de la rglementation parasismique (Eurocode 8 et annexes nationales) et du zonage sismique de la France fait voluer de manire significative la ncessit dintgrer laction sismique dans la conception des btiments. La prise en compte dun fonctionnement raliste des plans de diaphragmes horizontaux et de toiture est un point de dpart dans la modlisation des structures. Le prsent travail illustre une tude novatrice permettant dintgrer de manire simplifie et optimise le dimensionnement et la vrification parasismique pour des btiments simples ou courants, en respectant les exigences de la NF EN 1998-1 (Eurocode 8, 2005), y compris la torsion daxe vertical. La NF EN 1998-1 distingue deux origines de la torsion daxe vertical, une naturelle ou structurale lie la plus ou moins grande rgularit en plan de la structure et une autre dorigine accidentelle intgrant notamment la variabilit associe la ralisation et loccupation. Ces excentricits interviennent lune et lautre dans la combinaison des composantes horizontales et verticale de laction sismique. Les tapes dune telle tude globale permettent de dterminer les efforts sur chaque lment de contreventement.

    Une approche par simple mthode de la force latrale est utilise dans un premier temps pour valuer les effets des choix dimplantation des contreventements sur la distribution des efforts dans ces contreventements en situation sismique. Cette approche sappuie sur des configurations usuelles de btiments en bois. Ainsi, dans un premier temps sont prsents successivement la prise en compte de la torsion associe lutilisation de la mthode de la force latrale applique pour deux directions de sismes, la typologie des btiments, et les rsultats et analyses dune telle tude. Dans un deuxime temps, des simulations numriques sont conduites sur diffrentes structures gnriques avec plusieurs niveaux de description de la structure, de laction et des effets mcaniques sur les contreventements. Les calculs sont raliss avec le logiciel Cast3m. Des analyses modales et modales spectrales sont conduites sur des modles 3D grand nombre de degrs de libert.

    2. Btiments courants, tude paramtrique

    2.1. Etude sismique Mthode de la force latrale

    Parmi les catastrophes naturelles, le sisme est un vnement qui peut conduire des consquences graves, en termes de dommages affectant les ouvrages de gnie civil. La NF EN 1998-1 propose de nombreuses possibilits pour aborder la vrification dun ouvrage en situation sismique (figure 1). La linarisation quivalente propose, est base sur la prise en compte de coefficients de comportement, traduisant la ductilit globale de la structure. LEurocode 8 exige du concepteur lutilisation de modles et analyses en fonction de la rgularit en plan et en lvation du btiment (tableau 1). Pour le cas de btiments rguliers en lvation et irrguliers en plan, la NF EN 1998-1 autorise lutilisation dun modle spatial et dune analyse par la mthode de la force latrale. Cette dmarche conduit une interprtation spcifique dun modle spatial .

  • "SICZS_2010" Symposium International sur la Construction en Zone Sismique Universit Hassiba Benbouali de Chlef (Algrie), 26 27 octobre 2010

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    4.3

    Analyse temporelle non linaire4.3.3.4.3

    Pousse progressive4.3.3.4.2

    Analyse modale4.3.3.3

    Force latrale

    4.3.3.2

    Analyse temporelle non linaire4.3.3.4.3

    Pousse progressive4.3.3.4.2

    Analyse modale4.3.3.3

    Force latrale

    4.3.3.2

    Analyse temporelle non linaire4.3.3.4.3

    Analyse temporelle non linaire4.3.3.4.3

    Pousse progressive4.3.3.4.2

    Pousse progressive4.3.3.4.2

    Analyse modale4.3.3.3

    Analyse modale4.3.3.3

    Force latrale

    4.3.3.2

    Force latrale

    4.3.3.2

    Analyses non linaires 4.3

    Analyses linaires quivalentes 4.3

    4.3.1 & 4.3.2

    4.3.3

    Analyseglobale

    Modlisation & torsion

    Mthodes danalyse

    Figure 1. Diffrentes approches de vrification en situation sismique (NF EN 1998-1)

    Tableau 1. Associations prescrites par la NF EN 1998-1 entre rgularits, analyse globale, modlisation et

    coefficients de comportement de structures

    Pour pouvoir appliquer la mthode de la force latrale, il convient de considrer le modle 3D comme un couplage et une succession de trois modles 2D, deux modles 2D verticaux perpendiculaires et un modle 2D horizontal pour chaque niveau de masse. Les interactions interviennent en termes de couplage des actions sismiques suivant les deux axes horizontaux perpendiculaires considrs. Cest la mthode retenue pour les tudes globales des structures des btiments de ltude paramtrique prsente dans la partie 2.3 ci-aprs. Cette mthode a t prsente par Priestley et Paulay, (Paulay, Priestley 1992). Les tapes dune telle tude globale pour la dtermination des efforts sur chaque systme de contreventement sont explicites en figure 2. Aprs la dfinition des caractristiques mcaniques et gomtriques des contreventements et planchers, les forces et couples de torsion par niveau sont calculs. Ensuite, les efforts sur chaque contreventement sont dtermins en valeur enveloppe, prenant ainsi en compte la combinaison des actions sismiques suivant X et Y et la partie alatoire de lexcentricit entre centres de gravit et centres de torsion.

  • "SICZS_2010" Symposium International sur la Construction en Zone Sismique Universit Hassiba Benbouali de Chlef (Algrie), 26 27 octobre 2010

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    Dfinition de deux directions ^avec contreventements Calcul des centres de

    gravit et de torsion, excentricits structurales

    Calcul des rayons et raideurs de torsion

    ( )( ) ( )( ) = =

    -+-=x ynj nj

    yjTjxjTjrz kxxkyyK,1 ,1

    22

    y

    rzx K

    Kr =x

    rzy K

    Kr =

    ( )( ) ( )( ) = =

    -+-=x ynj nj

    yjTjxjTjrz kxxkyyK,1 ,1

    22

    y

    rzx K

    Kr =x

    rzy K

    Kr =y

    rzx K

    Kr =x

    rzy K

    Kr =

    xicombxi VouV ,,

    3,0

    0,1= yi

    combyi VouV ,,

    0,1

    3,0=xi

    combxi VouV ,,

    3,0

    0,1= yi

    combyi VouV ,,

    0,1

    3,0=

    xxai Le = 05,0, yyai Le = 05,0,xxai Le = 05,0, yyai Le = 05,0,

    ==m

    ilcomb

    zlcomb

    iTz CM ,,

    ( )( )( )( )xlaxlcombyl

    ylaylcombxl

    combzl

    eeF

    eeFC

    ,,,,0,

    ,,,,0,,

    +-=

    enveloppe des rsultats issus des combinaisons

    de composantes de sisme et dala dexcentricit

    ( )irZ

    xjiiTjicombjTz

    xi

    xjicombxi

    combxji K

    kyyM

    Kk

    VV,

    ,,,,,

    ,

    ,,,,,

    --=

    xi

    xjicombyi

    combyji K

    kMM

    ,

    ,,,,, =

    ( )irZ

    xjiiTjicombjTz

    xi

    xjicombxi

    combxji K

    kyyM

    Kk

    VV,

    ,,,,,

    ,

    ,,,,,

    --=

    xi

    xjicombyi

    combyji K

    kMM

    ,

    ,,,,, =

    gmF xjixji = ,,,,Calcul effort normal,

    combinaison en situationsismique et vrification

    Application de la force latrale ou de la mthode modale

    Application de la force latrale ou de la mthode modale

    Combinaison spatiale des moments par niveau

    Combinaison spatiale des moments par niveau

    Calcul des efforts tranchants par niveau et par direction

    Calcul des efforts tranchants par niveau et par direction

    excentricits structurales et accidentelles : Combinaisons

    pour moment de torsion

    Caractristiques gomtriques & mcaniques

    Efforts par niveau de la structure

    Efforts dans les diffrents murs de contreventement

    Figure 2. Juxtaposition de modles 2D, avec prise en compte de la torsion structurale et accidentelle et de

    la combinaison de laction sismique suivant X et Y

    2.2. Typologie des btiments tudis

    Dans cette tude, la mthode pseudo dynamique, usuelle en Nouvelle-Zlande, est largement utilise. Ltude porte sur des btiments dau maximum 3 tages (R+2) destination dhabitation, dont la distribution horizontale des contreventements sinscrit dans la trame illustre en figure 3.

    Les efforts dinertie engendrs par laction sismique sont transmis aux contreventements par lintermdiaire des diaphragmes horizontaux (planchers, charpentes). Pour cette tude ces diaphragmes seront considrs comme ayant une rsistance et une rigidit suprieures celles des murs de contreventement. Lancrage des contreventements est galement considr comme tant plus rigide et p