Réponse sismique tridimensionnelle des ponts sous excitations d'appuis non-uniformes

Abstract

Les ponts routiers constituent une composante fondamentale des réseaux de transports terrestres et revêtent un caractère économique et stratégique important. Ils procurent des liens d'urgence durant les tremblements de terre et leur opérabilité pendant et après des événements sismiques majeurs est essentielle. En conséquence, il est d'une importance cruciale de pouvoir concevoir et simuler au mieux le comportement des structures de ponts sous l'effet de séisme d'intensité majeure. Dans ce cadre, le premier objectif de la présente thèse consiste à mieux comprendre l'influence majeure des effets de l'ISS sur les caractéristiques modales et le comportement sismique du pont caisson de Beni-Chograne ainsi qu'à mieux appréhender l'importance de la flexibilité et de la non-linéarité du sol de fondation sur les paramètres critiques de la réponse dynamique du système couplé d'interaction sol-structure. Le second objectif vise à introduire les principaux effets de la variabilité spatiale du mouvement sismique de sol sur la réponse sismique non-linéaire des structures de ponts à haubans. A cet effet, dans le premier volet, une étude de sensibilité incluant six types de profils de sol est d'abord effectuée pour examiner les effets de la rigidité du sol de fondation sur les paramètres critiques de la réponse dynamique du pont-caisson de Beni-Chograne. Les caractéristiques modales 3-D des modes de vibrations latérales, verticales, longitudinales et torsionnelles sont identifiées et comparées pour différentes conditions de sol et de la roche. L'étude est ensuite en vue de la détermination de la réponse sismique non-linéaire d'un modèle couplé d'interaction sol-structure de pont. L'algorithme d'analyse rapide non-linéaire (FNA) est utilisé à cet effet. Deux approches différentes sont considérées en vue de modéliser l'interaction sol structure: un modèle de sol linéaire à PGA équivalent et un modèle de sol non-linéaire avancé. Dans le second volet, le champ stochastique d'excitations sismiques spatio-temporelles non uniformes est généré en utilisant la méthode de représentation spectrale de Shinozouka, au niveau de chaque appui du pont à haubans de Mila permettant ainsi de prendre en considération les principaux phénomènes d'incohérence, de passage d'onde et de site contribuant à la variabilité spatiale du mouvement de sol. Afin d'étudier la performance du pont sous excitations sismiques d'appuis non uniformes, les réponses sismiques non-linéaires du pont en temps de déplacement, de moment fléchissant et d'effort tranchant dans la direction longitudinale du tablier et sur la hauteur des piles du pont ainsi que les demandes de ductilités rotationnelles à la base et au sommet des piles sont discutées. De manière générale, les résultats montrent l'influence majeure des effets de la flexibilité du sol sur les caractéristiques modales et le comportement de la réponse sismique du pont routier étudié. En outre, les résultats illustrent clairement l'importance de la non-linéarité du sol sur la réponse du système couplé d'interaction sol-structure. En ce qui concerne les effets de la variabilité spatiale du Mouvement Sismique de Sol (VSMSS), l'analyse de la réponse sismique non-linéaire du pont haubané de Mila montre que les effets de la réponse de site sont en général plus importants que ceux induits par les phénomènes d'incohérence et de passage d'onde. Diverses conclusions et recommandations d'intérêt pratique pour la profession sont également formulées.