objectifs secondaires du mémoire de recherche

La présente recherche de maîtrise est scindée en plusieurs objectifs secondaires afin de permettre de démontrer l'efficacité et la faisabilité du système proposé, mais également, afin de développer des outils qui guideront les concepteurs futurs vers un dimensionnement efficace et facile. Les objectifs secondaires peuvent être classés suivant trois sujets guides :

1. Objectifs qui se rapportent au matériau élastomère.

2. Objectifs qui se rapportent au dimensionnement du cadre amorti. 3. Objectifs qui se rapportent aux performances du cadre amorti. Objectifs relatifs au matériau élastomère

Dans un premier temps, il est nécessaire de posséder une bonne connaissance sur chaque élément qui compose le cadre amorti. Il est évident que les propriétés de l'acier de construc-

tion employé sont largement connues, or il n'en va pas de même pour l'élastomère employé. L'élastomère sera fourni par la compagnie Produits HEVEA située à Richmond, cette der- nière possède une bonne expertise et une bonne connaissance de ses produits. Toutefois, ces derniers n'ont jamais été utilisés dans un cadre similaire au projet. Donc, certaines pro- priétés d'intérêts demeurent méconnues. Il s'avère nécessaire d'entreprendre une campagne d'essais qui permettra d'obtenir des informations pertinentes sur la gamme de produits disponible. En fait, deux sous-objectifs devront être atteints lors de la présente recherche : 1. Obtenir une banque de données sur les matériaux élastomères susceptibles d'être employés dans le cadre de la présente application afin de déterminer l'élastomère le plus adéquat.

2. Développer les lois de comportements du matériau élastomère choisi. Ces lois seront construites dans l'objectif d'être utilisé lors d'un dimensionnement.

Objectifs relatifs au dimensionnement du cadre amorti

Puisqu'il s'agit d'une application nouvelle, il n'existe pas de procédure de dimensionne- ment qui permet d'obtenir les performances désirées. Une technique de dimensionnement sera alors développée suivant deux objectifs :

1. Développer une procédure qui permet d'obtenir un dimensionnement optimal et

sécuritaire.

2. Proposer une procédure simplifiée qui permet d'obtenir un dimensionnement rapide

et sécuritaire.

Objectifs relatifs aux performances du cadre amorti

Plusieurs caractéristiques intéressantes ont été soulignées lors de la présentation du système proposé. Or, il est nécessaire de valider ces caractéristiques et les performances attendues. Les sous-objectifs suivants devront être atteints :

1. Valider le comportement élastique du cadre.

2. Valider le contrôle des efforts induits à la structure.

3. Valider la réduction des coûts de construction de la structure.

4. Valider le comportement sous charge extrême de la structure.

1.3

Méthodologie utilisée

application concrète. Le cas à l'étude est un bâtiment d'un étage situé dans la région de Montréal sur un sol de type C. Le modèle du bâtiment est présenté à la figure 1.8.

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Figure 1.8 - Illustration du modèle du bâtiment étudié

L'étude de cas consiste à comparer un dimensionnement selon un principe de dimension- nement à la capacité avec celui du système proposé pour un bâtiment typique d'un étage. De manière concrète, le bâtiment sera dimensionné à l'aide de cadres contreventés suivant un principe de dimensionnement à la capacité, les performances sismiques seront évaluées numériquement et validées expérimentalement à l'aide d'un cadre contreventé construit en laboratoire sans facteur d'échelle. Puis, le même bâtiment sera dimensionné avec des cadres amortis, les performances seront évaluées numériquement et validées expérimen-

talement à l'aide d'un cadre amorti construit en laboratoire sans facteur d'échelle. Par

la suite, les résultats des deux dimensionnements seront comparés entre eux. Toutefois, avant d'effectuer le dimensionnement du cadre amorti, il sera nécessaire de procéder à une

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des courbes de comportement utiles au dimensionnement de la structure. En résumé, la méthodologie sera la suivante :

1. Sélectionner le matériau élastomère à l'aide d'une évaluation sommaire des caracté-

ristiques des élastomères disponibles à l'aide d'essais cycliques sur des échantillons de petite taille.

2. Caractériser le matériau élastomère sélectionné à l'aide d'une campagne exhaustive d'essais cycliques.

3. Dimensionner le bâtiment de référence suivant un principe de dimensionnement à la

capacité (dès lors appelé le bâtiment contreventé). Le SRFS choisi est composé de

cadres contreventés en chevron concentrique de ductilité modérée.

4. Obtenir la courbe force-déplacement du bâtiment contreventé à l'aide d'essais cy- cliques sur un cadre contreventé construit en laboratoire sans facteur d'échelle. 5. Obtenir les performances sismiques du bâtiment contreventé par modèle numérique

calibré à l'aide de la courbe force-déplacement obtenue lors des essais en laboratoire. 6. Dimensionner le bâtiment de référence en remplaçant le SRFS par des cadres amortis

(dès lors appelé le bâtiment amorti).

7. Obtenir la courbe force-déplacement du bâtiment amorti à l'aide d'essais cycliques

sur un cadre amorti construit en laboratoire sans facteur d'échelle.

8. Obtenir les performances sismiques du bâtiment amorti par modèle numérique cali- bré à l'aide de la courbe force-déplacement obtenue lors des essais en laboratoire. 9. Valider les caractéristiques et la procédure de dimensionnement proposé par compa-

raison des performances du bâtiment contreventé et du bâtiment amorti.

1.4 Contenu du mémoire

Le mémoire sera scindé en différentes parties afin de mieux traiter le sujet. Ces parties sont brièvement présentées dans cette section.

Revue de la littérature scientifique

Dans un premier temps, un chapitre sera consacré à une brève revue de la littérature qui portera sur les différentes notions du génie parasismique. De manière plus concrète, le principe de dimensionnement à la capacité sera abordé. Le dimensionnement des contre- ventements concentriques sera également présenté. Différentes notions de dimensionnement à la performance seront traitées. Finalement, quelques sections porteront sur les amortis-

Caractérisation mécanique du matériau amortissant

Un chapitre sera consacré à la caractérisation mécanique du matériau amortissant ainsi

que la campagne d'essais qui a précédé la sélection de l'élastomère retenu. Les objectifs de

la caractérisation, le protocole expérimental, les résultats obtenus ainsi que les analyses ef- fectuées, seront décrits. Des recommandations pour des essais postérieurs et une conclusion partielle terminertont ce chapitre.

Bâtiment contreventé : dimensionnement et étude expérimentale

Le dimensionnement du bâtiment de référence sera présenté. Les essais effectués et les

résultats obtenus sur le cadre contreventé seront présentés.

Bâtiment amorti : dimensionnement et étude expérimentale

Le dimensionnement du bâtiment de référence avec un SRFS composé de contrevente- ment en chevron intégrant un amortisseur de caoutchouc sera présenté dans ce chapitre. Les essais expérimentaux, les différentes analyses effectués sur le cadre amorti et les résul- tats obtenus sont également traités.

Analyse numérique comparative entre les performances du bâtiment amorti et celles du

bâtiment contreventé -

Ce chapitre récupère les données obtenues dans l'objectif de calibrer des modèles nu- mériques des deux bâtiments. Les performances sismiques des modèles calibrés ont été évaluées à l'aide d'analyses par intégration numérique temporelle. Ces performances se- ront présentées. De ces analyses, des conclusions afférentes aux caractéristiques attendues du système proposé sont tirées.

Conclusion

Les conclusions partielles et les recommandations énoncées à la fin de chaque section sont résumées dans ce chapitre final du mémoire.

Chapitre 2