Comportement des piles de ponts sous l'effet multidirectionnel des mouvements sismiques

Une étude approfondie a été réalisée dans le cadre de cette thèse pour étudier le comportement sismique des colonnes de ponts sous l'effet multidirectionnel des mouvements sismiques. L'étude comprend une série d'analyses dynamiques linéaires et non linéaires sur un ensemble de structures de ponts réguliers représentatifs d'un grand nombre de ponts communs du réseau routier nord-américain. L'étude comprend aussi une série de tests cycliques bidirectionnels réalisés sur quatre spécimens à l'échelle 1:0.5 de colonnes de ponts rectangulaires en béton armé. Deux sites nord-américains à l'aléa sismique modéré ont été considérés : Montréal, Qc, à l'est, et Vancouver, en Colombie-Britannique, le long de la côte ouest. Pour les deux sites, des ensembles de mouvements sismiques, composés de paires d'accélérogrammes historiques et artificiels, ont été utilisés. La première partie de l'étude visait à examiner la validité et la fiabilité de la règle du pourcentage (30% ou 40%), à prédire la demande sismique dans les colonnes de ponts soumis à des mouvements sismiques bidirectionnels. Une série d'analyses dynamiques transitoires multiples a été réalisée sur un ensemble de neuf modèles de ponts présentant des typologies différentes pour déterminer la réponse sismique critique exacte des colonnes de ponts sous l'action simultanée des composantes horizontales des mouvements sismiques. Les spectres d'accélération des composantes horizontales des mouvements sismiques ont été ensuite utilisés dans le cadre d'analyses dynamiques spectrales pour déterminer séparément les réponses maximales selon les deux directions principales des ponts. Les réponses critiques sous l'action simultanée des composantes horizontales des mouvements sismiques ont été estimées en combinant les réponses maximales obtenues dans les deux directions selon la règle des 30%, tel que spécifié dans le CSA S6 et l'AASHTO. La comparaison des réponses, en termes de moments bi-axiaux (Mx, My), calculés à la base des colonnes, montre que la règle des 30% telle que spécifiée actuellement par les codes parasismiques peut conduire à une prédiction non conservatrice de la demande sismique bidirectionnelle dans le cas des colonnes de ponts.

Abstract

A comprehensive study has been conducted to investigate the seismic behaviour of bridge columns under bidirectional earthquake ground motions. The study comprises a series of linear elastic and non-linear dynamic analyses on a set of regular bridge structures representative of common type bridges that are encountered the most in North American highways, as well as bidirectional cyclic testing of four half-scale rectangular reinforced concrete bridge columns. The study was conducted for two North American sites of moderate seismic hazard: Montreal, QC, in the East, and Vancouver, BC, along the West coast. For both sites, historical and simulated ground motion earthquake ensembles were considered. The first part of the study was aimed at investigating the adequacy and effectiveness of the 30%-rule, at predicting the seismic demand on bridge columns when subjected to bi-directional earthquake motions. A series of multiple time-history analyses performed on nine generic bridge models to determine the exact seismic critical bi-axial response of the bridge columns under pairs of orthogonal seismic ground motion time-histories. Response spectrum analyses were also carried out, using the acceleration spectra of the orthogonal ground motion components, to determine the maximum bi-axial response in each direction and the critical bi-axial response was estimated using the 30%-Rule, as specified by the CSA S6 and the AASHTO bridge design code and regulations. Comparison of the response at the columns base, in terms of interacting moments (Mx, My), shows that the 30%-Rule as currently specified by the codes and regulations may lead to unconservative prediction of the seismic demand on bridge columns. The scatter in the results clearly indicates a dependency of the combination rule on the characteristics of the ground motions and the bridge structures, suggesting that there might be a need for improving the combination rule. The weighted percentage α of the combination rule was found to be closely related to the ratio of intensities of the ground motions earthquake principal components. For eastern site (Montreal), the intensity of the major principal component is on average 2.05 times larger than the intensity of the minor principal component.