Contreventements berçants gravitaires en acier avec un mécanisme dissipatif recentrant en cisaillement

«Au Canada, deux régions densément peuplées sont susceptibles de subir des tremblements de terre importants : le sud-ouest de la Colombie-Britannique, particulièrement Victoria et Vancouver, puis les vallées de la rivière des Outaouais et du fleuve Saint-Laurent, où se trouvent Ottawa et Montréal. Dans ces régions, les bâtiments doivent être conçus pour résister aux effets des séismes en assurant la sécurité du public. Dans le cas des bâtiments de protection civile, notamment les hôpitaux et écoles, ils sont soumis à des exigences plus sévères afin qu’ils demeurent fonctionnels après un séisme majeur. Afin d’améliorer le comportement sismique des contreventements concentriques, il est possible de permettre aux colonnes de se soulever des fondations pour créer des contreventements berçants. Ils forment un système structural qui se déforme et revient à sa position originale, sans subir de dommages, lorsque soumis à des secousses sismiques. Ils représentent donc une solution idéale pour les bâtiments devant offrir une performance sismique supérieure. Le système génère cependant des forces sismiques importantes, attribuables aux modes supérieurs et auxquelles il doit résister, ce qui peut engendrer des coûts élevés. Une configuration a récemment été proposée pour limiter ces forces, sans altérer le comportement du système. Faisant usage de contreventement berçant gravitaire, il repose sur le soulèvement des colonnes du système sismique pour dissiper l’énergie des secousses, puis il fait l’usage des diagonales de contreventement pouvant glisser lorsque soumises à une force axiale importante, ce qui améliore davantage la réponse sismique de la structure. Une méthode de conception est proposée, puis des essais numériques sur des bâtiments de 8 à 20 étages, situés à Vancouver et Montréal, permettent d’évaluer la pertinence du système. Les simulations sont effectués à l’aide du logiciel SAP2000 (SAP2000 Ultimate, 2023) et les bâtiments sont évalués selon le Code national du bâtiment du Canada 2020. Les résultats des essais numériques démontrent l’utilité du système et son fonctionnement. Certaines lacunes et problématiques reliées à l’usage des contreventements berçants gravitaires sont observées, discutées, puis des recommandations sont proposées.»

Abstract

«In Canada, two densely populated regions are susceptible to significant earthquakes: the southwest of British Columbia, particularly Victoria and Vancouver, and the valleys of the Ottawa River and the St. Lawrence River, where Ottawa and Montreal are located. In these regions, buildings must be designed to withstand the effects of earthquakes and ensure public safety. In the case of civil protection buildings, such as hospitals and schools, they are subject to stricter requirements to remain functional after a major earthquake. To improve the seismic behavior of concentric bracing systems, it is possible to allow the columns to uplift at their base to create rocking braces. They form a structural system that deforms and returns to its original position without suffering damage when subjected to strong seismic shaking. Therefore, they represent an ideal solution for buildings requiring superior seismic performance. However, the system generates significant seismic forces attributed to higher modes that it must withstand, which can result in high costs. A configuration has recently been proposed to limit these forces without altering the system's behavior. It uses gravity rocking braced frames by lifting the columns of the seismic system to dissipate the seismic energy, and it employs diagonal bracing that can slide when subjected to significant axial force, further improving the structure's seismic response. A design method is proposed, and numerical tests on buildings ranging from 8 to 20 stories located in Vancouver and Montreal are conducted to assess the system's relevance. The tests are performed using the SAP2000 software, and the buildings are evaluated according to the 2020 National Building Code of Canada. The results of the numerical tests demonstrate the usefulness and proper functioning of the system. Some shortcomings and issues related to the use of gravity rocking bracing are observed, discussed, and recommendations are made.»