CHAPITRE 2 REVUE DE LITTÉRATURE
2.1 Revue des anciennes études sur le sujet
2.1.5 Comportement et modélisation des liens
2.1.5.1 Études sur le comportement des liens
Becker et Ishler (1996) définissent les liens courts comme étant un lien ayant une longueur inférieure à 1,6Mp/Vp. Un lien est considéré « court » lorsqu’il se déforme en cisaillement. Afin d’assurer la déformation en cisaillement, les auteurs recommandent plutôt d’utiliser une longueur de lien inférieur à 1,3 Mp/Vp. Plus le lien est court, plus la rotation du lien sera importante. Lorsque les limites de rotation sont dépassées, les déplacements latéraux doivent être réduits en rigidifiant le cadre ou le lien doit être allongé. L’étude menée par Ghobarah et Ramadan (1991) a conclu que les liens courts sont plus efficaces et plus ductiles que les liens longs. Cependant, les grandes déformations des liens courts peuvent endommager les éléments non structuraux avoisinant le lien.
Les liens longs sont des liens se déformant principalement en flexion. Afin d’assurer la déformation en flexion, la longueur du lien doit être plus grande que 3,0 Mp/Vp.
Plusieurs programmes d’essais ont été réalisés pour étudier le comportement inélastique des liens des contreventements excentriques (e.g. (Malley & Popov, 1983) (Kasai & Popov, 1986) (Engelhardt & Popov, 1992) (Okazaki, Arce, Ryu, & Engelhardt, 2005) (Okazaki & Engelhardt, 2007). Les plus récentes études d’Okasaki et al. (2005) ont révélé que le facteur de surrésistance, Vmax/Vn, utilisé dans la conception n’était pas conservateur pour les profilés avec des ailes épaisses où Vmax est le cisaillement dans le lien à la rupture et Vn est le cisaillement nominal de la section. On recommande d’augmenter le ratio de surrésistance pour les liens court avec des ailes épaisses, spécialement ceux faits de plaques soudées. Le facteur de surrésistance Vmax/Vn tend à être plus grand pour les liens courts que pour les liens longs. Le protocole de chargement a une grande influence sur la capacité de rotation inélastique du lien, mais il n’en a pas sur le mode de défaillance (Richards & Uang, 2003).
Lors de la conception de l’élément lien, un grand soin doit être porté à la soudure entre le raidisseur et l’âme. En effet, une soudure trop près de la région où se connectent l’aile et l’âme amène une défaillance prématurée du lien (Richard & Uang, 2005). Suite à l’étude de 2005 de Richards et Uang, Okazaki et Engelhardt (2007) ont cherché à étudier le mode de défaillance par fracture de l’âme qui était de mode de défaillance prédominant. La fracture de l’âme peut être retardée en maintenant une distance minimum entre la fin de la soudure du raidisseur à l’âme de la zone où l’âme et l’aile se connectent. Une autre méthode est de souder les raidisseurs sur les ailes seulement et ne pas les souder à l’âme.
Pour les contreventements excentriques en « Z », un problème important est de transmettre l’effort entre le lien et la colonne. Ces liens ont tendance à fracturer dans les ailes avant que la rotation maximale du lien ne soit atteinte (Prinz & Richards, 2009). Réduire la section de l’âme en la trouant afin de réduire les efforts dans les ailes ne serait pas une bonne méthode de retarder la défaillance des ailes.
Il a été démontré que bon nombre de liens intermédiaires n’atteignent pas le critère de rotation inélastique spécifié dans les codes (Richard & Uang, 2005). De ce fait, les auteurs recommandent qu’il devrait y avoir une règle spéciale sur l’espacement des raidisseurs pour les liens intermédiaires. Les résultats de leurs analyses indiquent qu’il est non conservateur d’étendre l’espacement des raidisseurs des liens courts aux liens intermédiaires. En effet, les liens intermédiaires sont plus sensibles au voilement local. L’extrémité des liens intermédiaires subit d’importantes interactions flexion-cisaillement et est plus sensible au flambement de l’âme.
Le facteur VfL/VrL du lien et les caractéristiques dynamiques des séismes affectent beaucoup la réponse d’un contreventement excentrique. Des valeurs disparates du facteur de surrésistance sur la hauteur du bâtiment peuvent causer un mécanisme de ruine caractérisé par la plastification des liens dans certains étages seulement (Rossi & Lombardo, 2007). Généralement, la réduction du facteur de surrésistance
maximal affecte positivement la réponse sismique d’un contreventement excentrique en permettant d’obtenir un comportement inélastique plus uniforme.
2.1.5.2 Modélisation des liens
Ramadan & Ghoborah (1995) ont utilisé une version simplifiée d’un modèle développé par Ricles & Popov (1997). L’élément lien de Ricles et Popov est un lien élastique avec des rotules inélastiques à chaque extrémité. Tout le comportement inélastique est assumé par ces rotules inélastiques. Ces rotules sont divisées en plusieurs sous-rotules ayant chacune une relation moment-rotation et force-déformation de type rigide-plastique. Ces sous-rotules agissent parallèles. Ceci a pour effet de créer un comportement multilinéaire pour l’élément lien. Ramadan et Ghobarah partent du même principe, mais remplacent toutes les sous-rotules par des ressorts rotationnels et des ressorts translationnels. Ces éléments ressorts sont plus faciles à modéliser dans les logiciels de calcul sismique existants. Le modèle a subi une légère modification dans les travaux de Richards et Uang 2003. Le modèle de Ramadan et Ghobarah comportait une erreur sur le calcul de la rigidité en cisaillement. La rigidité totale du lien en cisaillement est de 2*G*Aw/e puisque les 2 ressorts à chaque extrémité du lien travaillent en série.
Koboevic et al. (2012) ont modélisé les liens courts avec seulement un ressort à une de leurs extrémités dans les analyses effectuées avec le logiciel OpenSees. Pour ce ressort, ils ont adopté le matériel Steel02, soit le modèle de Giuffré-Menegotto-Pinto. Dans cette modélisation, la rigidité élastique spécifiée au matériel Steel02 est égale à 2*G*Aw/e. Les auteurs indiquent que cette modélisation reflète beaucoup mieux le comportement de l’acier que la modélisation multilinéaire. La transition est plus fluide et les valeurs de cisaillement intermédiaire et extrême sont représentatives de la réalité. L’utilisation du matériel Steel02 a également l’avantage de reproduire plus fidèlement les zones de transition entre les régimes élastique et plastique que la modélisation multilinéaire. Ce modèle reflète mieux le comportement local du lien, mais cela n’affecte que peu le comportement global du contreventement excentrique.
Si l’on utilise un modèle d’amortissement de Rayleigh dans les analyses dynamiques non linéaires, on doit éviter d’induire des forces artificielles pouvant être générées durant les excursions plastiques. Ce problème survient lorsque l’on spécifie un amortissement proportionnel à la rigidité initiale. L’utilisation d’un amortissement proportionnel à la rigidité tangente permet habituellement d’éviter ce problème (Charney, 2008).