Étude numérique et expérimentation du comportement dynamique des ponts avec isolateurs et amortisseurs sismiques

Alors que les infrastructures de ponts au Québec sont vieillissantes, les prescriptions relatives à la conception parasismique sont de plus en plus sévères dans la norme canadienne sur le calcul des ponts routiers. Dans ce contexte, il devient primordial de développer des techniques de réhabilitation et de conception parasismique rentables et efficaces. Ce mémoire traite de l'isolation sismiqu et de l'emploi d'autres systèmes de protection parasismique comme une solution envisageable, tant pour les ponts existants que pour les nouveaux ponts. On propose l'utilisation du logiciel SAP2000, simple d'emploi et largement connu, pour exécuter des analyses temporelles non-linéaires permettant de prédire le comportement des ponts équipés avec des systèmes de protection parasismiques. On étudie la réponse des ponts dans leur direction longitudinale. Afin de valider les résultats numériques et d'évaluer la performance des systèmes de protection parasismique, une méthode expérimentale par essais hybrides en temps réel est exécutée. Elle comprend trois séries d'essais, examinant, respectivement, trois ponts équipés avec trois types d'appareils. Le premier pont à l'étude est équipé avec des isolateurs à friction avec systèmes de recentrage automatique, aussi dotés d'une importante capacité de dissipation d'énergie. Ce pont est aussi pourvu d'appareils d'appuis glissants sur ses autres supports, fournissant une capacité additionnelle de dissipation d'énergie. Les deux autres ponts à l'étude sont équipés de deux types innovateurs de systèmes visqueux, soit les amortisseurs visqueux et les transmetteurs de chocs sismiques. Dans un essai hybride, seuls les appareils de protection parasismique sont physiquement testés au laboratoire. Pour un essai hybride en temps réel, le montage expérimental doit aussi comprendre un vérin hydraulique à haute performance, pour imposer les oscillations dynamiques. Le vérin impose, en temps réel, la commande en déplacement dont la valeur est obtenue d'une analyse temporelle non-linéaire exécutée numériquement en parallèle. L'algorithme d'intégration impliqué dans cette méthode expérimentale a été développé récemment à l'École Polytechnique de Montréal. Il s'agit d'une variante à l'algorithme Rosenbrock-W, et l'intégration numérique est effectuée par l'outil Simulink de MathWorks et par l'ordinateur XPC Target. La sous-structure numérique, dans les simulations hybrides en temps réel, est composée des piles du pont étudié et des propriétés additionnelles d'amortissement de la structure. La réponse non-linéaire éventuelle de ces composantes est considérée dans le modèle de la sous-structure numérique.