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RÉSUMÉ
Les aciers de construction sont ductiles et permettent de construire des bâtiments capables de plier sans se rompre, et ceci dans des mécanismes locaux de déformation qui sont, dans le cas des structures acier, très nombreux. Cet article explique l'intérêt d'utiliser dans le projet de construction parasismique cette capacité à dissiper de l'énergie dans le domaine plastique, ainsi que sa formalisation en « classes de ductilité » dans l'Eurocode 8. Les mécanismes locaux dissipatifs et non dissipatifs sont identifiés. Sont décrits les mécanismes plastiques globaux objectifs du projet dissipatif dans les différentes topologies de structure : ossatures en portique, ossatures avec triangulations à barres centrées, ossatures à triangulation excentrée. Le dimensionnement en capacité, pilier de ce type de projet, est exposé, d'abord dans son principe, puis dans ses applications. Les règles de projet relatives aux différentes topologies d'ossature acier sont présentées, ainsi que la signification et la justification des règles, et des éléments relatifs à la conception générale des bâtiments parasismique en acier.
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André PLUMIER : Professeur à l’université de Liège
INTRODUCTION
Les aciers de construction répondant aux normes sont ductiles et cette caractéristique fait a priori des profilés, plats et tôles, d’excellents produits pour réaliser des constructions stables en zone sismique, car ces produits en acier permettent de réaliser une dissipation d'énergie élevée et, ce, dans plusieurs schémas de déformation.
Les observations effectuées après des tremblements de terre majeurs confirment généralement le caractère parasismique efficace des constructions métalliques, mais des exceptions existent. Ainsi, le séisme de Northridge (USA), en 1994, et celui de Kobe (Japon), en 1995, ont conduit à des fissurations locales nombreuses dans certains bâtiments. Le caractère métallique d’une construction n’est donc pas nécessairement synonyme de qualité parasismique et, seules, des options réfléchies permettent d'assurer le comportement global ductile recherché.
Le projet de construction devra favoriser la formation de zones dissipatives saines où se développent des déformations locales ductiles, lesquelles devront se produire à des endroits choisis. Ceci sera réalisé par le respect de règles particulières relatives aux matériaux, aux éléments et aux assemblages, ainsi que par l’application de critères de hiérarchie découlant tous du concept général de « dimensionnement en capacité » spécifiques à chaque type d’ossature.
Ces règles et critères, dont le développement est récent, n’étaient pas inscrits dans la première version des règles PS92. On les présente ici dans le contexte de la formulation retenue dans l’Eurocode 8, code parasismique en vigueur dans toute l’Europe en 2011. Le choix a été fait de garder dans le texte qui suit les symboles utilisés dans la version française de l’Eurocode 8, qui comprennent parfois des indices en terminologie anglaise.
L'aspect des charpentes mixtes acier-béton est abordé dans le [C 2 569].
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2. Dimensionnement en capacité
2.1 Logique et effets du dimensionnement en capacité
Pour éviter l'apparition de déformations plastiques, la rupture fragile, ou la ruine par instabilité en dehors des zones dissipatives, les éléments adjacents à chacune des zones dissipatives doivent être dimensionnés pour que leur résistance ne soit pas épuisée avant d'avoir pu développer le mécanisme plastique.
Ce concept est appelé « dimensionnement capacitif ».
Dans une structure analysée par un calcul linéaire élastique, on le réalise de la façon suivante :
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le mécanisme dissipatif global est lié à la topologie de la structure qui a été choisie et les zones dissipatives potentielles sont connues, parce que destinées à former un mécanisme global ductile ;
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on effectue l'analyse de la structure sous action sismique et on trouve les sollicitations de calcul E d dans toutes les sections ;
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dans chaque zone dissipative potentielle i, on dimensionne l'élément dissipatif de telle sorte que sa résistance R di soit supérieure ou égale à la sollicitation E di : R di ≥ E di ;
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on identifie les J mécanismes de ruine possibles adjacents au mécanisme dissipatif :
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rupture de boulons en traction,
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voilement de barre,
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écrasement de béton,
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flambement d'une barre adjacente… ;
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on fixe les dimensions des sections, moyens d'assemblage, barres,… adjacents, de telle sorte que la résistance plastique du mécanisme local, que l'on veut dissipatif, soit la plus faible des résistances de la zone considérée. Il devient ainsi le « fusible » souhaité. Ceci est réalisé si les résistances R dJ des J éléments non dissipatifs de la zone dissipative i sont calculées sous des sollicitations E dJ, majorées pour tenir compte du fait que la sollicitation réelle de l'élément dissipatif est égale à sa résistance plastique R di, et non...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BETBEDER-MATIBET (J.), DOURY (J.-L.) - Constructions parasismiques - Traité Bâtiments et Travaux Neufs, [C 3 290] (Mai 1997).
-
(2) - BISCH (P.) - Constructions Parasismiques - Eurocode 8. Traité Construction, [C 3 292] (Août 2002).
-
(3) - PLUMIER (A.) - Constructions parasismiques mixtes acier-béton. Contexte de l’Eurocode 8 - [C 2 569] (2009).
ANNEXES
Ouvrages, articles, actes de colloque
PLUMIER (A.) - Conception parasismique - Note de cours de l’université de Liège. Publication Interne de la Faculté des Sciences de l’Ingénieur (2007).
CARVALHO (E.), ELNASHAI (A.), FARDIS (M.), FACCIOLI (E.), PINTO (P.), PLUMIER (A.) - Designers Guide to EN 1998-1 and 1998-5 - Eurocode 8 : Design Provisions for Earthquake Resistant Structures. Thomas Telford Publisher (2005).
PLUMIER (A.) - The dogbone – Back to the future - AISC Engineering Journal – Second quarter – Volume 34, n° 2 (1997).
Guide des dispositions constructives parasismiques des ouvrages en acier, béton, bois et maçonnerie - AFPS (Association Française du Génie Parasismique). Presses de l’École Nationale des Ponts et Chaussées (2006).
PLUMIER (A.) - Two Innovations for Earthquake Resistant Design : the INERD Project - Editor. Rapport EUR 22044 EN. Publication of the Commission of European Communities (2006).
TREMBLAY (R.), BEN FTIMA (M.), SABELLI (R.) - An innovative bracing configuration for improved seismic response - Recent Advances and new trends in structural design. International Colloquium. Timisoara...
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