Développement d'une méthode d'analyse simplifiée pour la conception des ponts de type dalle en béton

La version actuelle de la méthode d'analyse structurale simplifiée du Code canadien de calcul des ponts routiers CSA S6 est l'objet de critiques à propos de la complexité de la formulation et du nombre d'équations la composant. De plus, l'application de cette méthode simplifiée est limitée aux ponts réguliers, avec un biais restreint et une courbure horizontale très petite. Ce mémoire présente de nouvelles équations pour le calcul de facteurs de distribution de la charge vive pour les ponts droits de type dalle et introduit des facteurs de correction qui élargissent l'application de la méthode simplifiée aux ponts de géométrie biaise. Pour ce faire, une étude paramétrique a été menée sur des modèles de grillages de 390 ponts de type dalle de portée allant de 3 à 20m, supportant de 1 à 4 voies de circulation de différentes largeurs et de biais variant de 0 à 60 degrés. La modélisation par grillages a été choisie car les résultats de ce type d'analyse requièrent beaucoup moins de post-traitement que les analyses par éléments finis et qu'ils demandent beaucoup moins de puissance de calcul. Cette technique de modélisation est reconnue dans la littérature pour l'analyse de ponts droits, et la validité des modèles de grillages utilisés pour représenter des ponts ayant un fort biais a été jugée satisfaisante suite à la comparaison de modèles de grillages d'une vingtaine de ponts biais avec des modèles d'éléments finis de plaques et de solides 3D. La puissance des logiciels d'analyse structurale récents a également permis la programmation d'un outil de génération de modèles de grillage facilitant la modélisation et permettant de procéder à cette étude d'envergure. Suite au traitement des résultats de cette étude, il a été possible de réduire significativement le nombre d'équations de la méthode tout en gardant ou améliorant la justesse de la méthode simplifiée, et en étendant son application aux ponts de géométrie biaise à l'aide de facteurs d'amplification du cisaillement au coin obtus et de réduction du moment de flexion en fonction de nouveaux paramètres caractérisant le biais du pont.

Abstract

The current version of the simplified method of analysis of the Canadian highway bridge design Code, CSA standard S6-06, is often criticized for the complexity of its formulation due mainly to the large number of equation tables. Moreover, the application of this simplified method is limited to regular bridge geometries, with limited skew angle and horizontal curvature. This paper presents new equations to compute live load distribution factors for straight solid slab bridges, and introduces correction factors that extend the application of the simplified method to skewed bridges. A large parametric study was performed on grillage models representing 390 slab bridges of spans ranging from 3 to 20 meters, carrying 1 to 4 lanes of traffic of different widths and skew angle varying from 0 to 60 degrees. Grillage modeling was chosen for this parametric study because this type of analyses requires much less post-processing than finite elements analysis, requires less computational power and is faster to run. This modelling technique is recognized in literature for analysis of straight bridges, and the validity of grillage models used to represent bridges with a significant skew was compared satisfactorily to plate and 3D solid finite elements models for a sample of twenty skewed bridge geometries. The power of modern analysis software also allowed programming grillage generation software facilitating the process of modeling a straight or skewed slab bridge as a grillage and permitted undertaking this vast study. Following examination of the study's results, it has been possible to significantly reduce the number of equations while keeping or even improving the accuracy of the simplified method and extending it to consider skew bridges using an obtuse corner shear amplification factor and a bending moment reduction factor, both as function of new parameters characterising the skewed behaviour of slab bridges.