Instrumentation de la maquette de flexion dynamique

L’instrumentation de la maquette de flexion dynamique vise à suivre, au cours des séquences de chargement successives, l’évolution des accélérations, des déplacements (en particulier résiduels), des vitesses de rotation des sections, des ouvertures de fissures et des déformations dans les aciers. La maquette est sollicitée au moyen de la table vibrante Azalée, schématisée en Figure 1.35 et pilotée par huit vérins hydrauliques : deux vérins dans la direction X, deux vérins dans la direction Y, et deux vérins dans la direction Z. Le contrôle de l’ensemble de ces vérins doit permettre d’aboutir au signal visé en accélération au centre de la table. Dans les faits, on constate certaines différences entre le signal visé et les accélérations mesurées sur le plateau de la table, le pilotage n’étant pas parfait. On enregistre en particulier les déplacements imposés au niveau des vérins, qui pourraient être utiles pour reproduire les observations expérimentales s’il y avait des interactions significatives entre la table et la maquette et/ou une accélération non uniforme du plateau de la table, ainsi que les accélérations au centre du plateau de la table (i.e. sous le voile de la maquette). Il est à noter qu’aucune interaction particulière n’est attendue dans le cas de la maquette flexion dynamique, relativement souple et de masse relativement faible, contrairement à la maquette cisaillement dynamique, dont la raideur est proche de celle de la table et la masse beaucoup plus importante.

Figure 1.35 – Principe de fonctionnement de la table vibrante Azalée, d’après (Chaudat, 2020)

- Les accélérations suivant X, Y et Z au niveau de la base des rotules supportant la maquette, des extrémités côté 𝑌+ des poutres de rives, ainsi qu’en base du voile ;

- Les accélérations suivant X et Y au sommet de la réhausse, côté 𝑌+_;

- Les accélérations suivant X et Z au niveau de l’axe de la jonction voile-plancher, côté 𝑌+ _; - Les accélérations en x à mi-hauteur de la partie basse du voile, côté 𝑌+, ainsi qu’au sommet

de la réhausse, côté 𝑌− _{et au-dessus des masses additionnelles sur les deux planchers ;} - Les accélérations suivant Y sur les planchers, à proximité des poutres de rive, de part et

d’autre de la maquette ;

- Les accélérations suivant Z aux centres des planchers et à mi-portée des planchers côté 𝑌+_. La position des accéléromètres, dont la fréquence d’échantillonnage est de 512Hz, est illustrée en Figure 1.36.

Figure 1.36 – Positionnement des accéléromètres sur la maquette et sur la table Azalée

Des capteurs de déplacements, de type capteurs à câble, ont également été répartis sur la maquette pour mesurer :

- Les déplacements en x au niveau des poutres de rives ;

- Les déplacements en y aux extrémités des planchers à proximité des poutres de rive ; - Les déplacements en z aux centres des planchers ;

- Les déplacements à 45° entre le plancher et le voile, en partie centrale de la maquette, de façon à corroborer les informations des gyromètres situés à proximité.

Des gyromètres, mesurant la vitesse de rotation autour de l’axe Y (axe de la jonction), ont été positionnés sur le pignon, aux nus de la jonction, et en partie centrale de la maquette, à proximité des capteurs de déplacement à fil placés à 45° entre le voile et le plancher.

La Figure 1.37 illustre la répartition des différents capteurs en déplacement et en vitesse de rotation sur la maquette.

Figure 1.37 – Position des capteurs en déplacement et en vitesse de rotation sur la maquette

Des capteurs d’ouverture de fissure, visibles en Figure 1.38, ont été posés en cours d’essai sur la fissure apparue le long du voile, en face supérieure du plancher 2 (côté 𝑋+_).

Figure 1.38 – Positionnement des capteurs d’ouverture de fissure

Des jauges de déformation ont été collées sur les poteaux métalliques, en partie médiane des profilés, sur la semelle du profilé, suite aux difficultés rencontrées sur les essais flexion statique. Ces jauges permettent de calculer l’effort de traction transitant dans les poteaux, et d’en déduire la valeur du moment s’exerçant sur chaque plancher.

Des mesures par fibre optique ont également été réalisées pour évaluer la déformation dans les aciers de ferraillage. Les mesures sont réalisées de façon ponctuelle, par réseau de Bragg, en continu pendant les essais dynamiques. Des mesures après chaque séquence de chargement sont réalisées le

long de zones de mesures continues sur les mêmes aciers par le biais de la technologie OFDR. Ces mesures ont permis d’obtenir des déformations dans les aciers, jusqu’à un certain niveau de déformation pendant l’essai. Ces mesures sont décrites de façon détaillées par (Magne, 2019). Par sécurité, des jauges conventionnelles ont été positionnées en complément de façon ponctuelle sur certains aciers.

Les déformations et ouvertures de fissures dans 3 zones ont été suivies par stéréo-corrélation d’images, les deux pignons (localement au niveau de la jonction et à proximité dans le plancher côté 𝑌−_{, et pour le suivi de la déformée globale du pignon côté} 𝑌+), ainsi qu’en sous-face du plancher côté 𝑋−_{, sur le plancher 1. Ces} mesures n’ont pas encore pu être exploitées au moment de la rédaction de ce manuscrit.

2.2.4 Conditions aux limites et chargement

Pour représenter d’une façon aussi réaliste que possible les effets d’une sollicitation de type sismique sur une jonction située à l’intérieur d’un bâtiment, l’objectif est de laisser libre les rotations de la base du voile, et d’assurer des conditions aux limites équivalentes à un appui glissant aux extrémités des planchers.

En pratique, des rotules de type MTS 249.23 ont été installées en pied et en tête des 4 poteaux métalliques supportant les poutres de rive. Ces rotules permettent les rotations dans les 3 directions, avec des amplitudes différentes suivant les axes. Ces 8 rotules sont toutes orientées de la même façon. Les rotules situées en pied de poteau sont elles-mêmes boulonnées sur des platines, qui sont ensuite fixées soit sur le strong floor par soudage (essais quasi-statiques), soit sur le plateau de la table Azalée par boulonnage (essais dynamiques).

La base du voile repose quant-à-elle sur des liaisons pivots en acier, permettant les rotations autour de l’axe Y, elles-mêmes soudés sur des platines qui sont ensuite soit soudées au strong floor soit boulonnées sur le plateau de la table Azalée.

Les premières constatations faites lors des essais statiques ont montré assez rapidement que ces conditions aux limites n’étaient pas équivalentes à des rotules ou pivots parfaits. En effet on a pu constater qu’on avait des blocages des rotules sous faibles sollicitations, provenant certainement de frottements liés au couple de serrage des rotules. Par conséquent, la raideur en rotation des rotules n’est pas négligeable à bas niveau, mais le devient à plus fort niveau de sollicitation, une fois celles-ci mises en mouvement.

Par ailleurs les pivots, qui sont des pièces mécaniques soudées, montrent des jeux de 0.5 à 1 mm autour de l’axe et entre les plaques assurant le blocage des rotations dans les autres directions. Cela peut donc avoir un impact également non négligeable sur les déplacements ou les rotations permis et sur la raideur dans les différentes directions suivant le niveau de sollicitation.

Des essais unitaires ont été réalisés pour mieux caractériser les propriétés des rotules, sous chargement de type quasi-statique, le vérin utilisé ne permettant pas d’obtenir des vitesses de chargement proches de celles observées lors des essais dynamiques.

Ces essais ont permis d’évaluer les paramètres suivants pour les rotules : la raideur en rotation initiale, sous sollicitation statique, est estimée à 𝐾𝑟𝑦_𝑖𝑛𝑖 = 1.105 ± 6.104 𝑁. 𝑚/𝑟𝑎𝑑 et le moment seuil de glissement à 𝑀_{𝑦𝑠𝑒𝑢𝑖𝑙} = 110 ± 50 𝑁. 𝑚. Ces seuils sont suffisamment faibles pour ne pas modifier significativement les résultats des essais quasi-statiques, n’intervenant qu’au tout début de chaque cycle de chargement et à chaque inversion du sens de chargement. Par contre ils peuvent avoir une influence plus forte sur le comportement dynamique, où les inversions de sens de chargements sont multiples.

Les chargements imposés lors des essais quasi-statiques et dynamiques sont détaillés dans les paragraphes ci-après.