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Une structure intelligente : le EBF

Les tremblements de terre sont une des manifestions de la nature des plus grandioses, mais parfois aussi les plus incomprises. Un séisme est une libération brutale de l’énergie potentielle accumulée dans les roches, par le jeu des mouvements relatifs des différentes parties de l’écorce terrestre. En structures, l’ensemble des forces sismiques sont inclusent dans la conception de système de résistance aux charges latérales, assurant la stabilité de l’ouvrage. Dans les charpentes d’acier, on utilise principalement trois types d’éléments pour compléter ce système : les murs de refends, les cadres à noeuds rigides et enfin les contreventements en treillis. C’est ce dernier système que, Nabil Mansour, étudiant au doctorat, a choisi d’étudier. En effet, l’inconvénient d’un simple cadre à noeuds rigides est qu’il ne reprend pas les efforts latéraux de la structure et entraîne des déformations importantes lorsque celle-ci est mal conçue. Les contreventements en treillis sont formés par l’ajout de pièces diagonales entre les poutres et les poteaux. On peut les diviser en deux catégories : les contreventements concentriques et les contreventements excentriques (EBF). Le premier type est celui où les points d’intersection des axes longitudinaux des diagonales coincident avec les axes des poutres et des poteaux. Par conséquent, les forces horizontales produisent essentiellement des efforts axiaux dans les diagonales, les poutres et les poteaux qui forment le treillis. Dans les contreventements excentriques, on introduit une excentricité au niveau des points d’assemblage des diagonales aux poutres, dans le but de permettre une ouverture plus importante dans l’âme du treillis ou de créer un élément dissipatif dans les poutres pour mieux résister aux effets des séismes. Dans ce type de treillis, les charges horizontales produisent donc des efforts de flexion dans les poutres, en plus des efforts axiaux dans les membrures des treillis. Cette déformation de flexion réduit la rigidité latérale de l’ensemble et les poutres doivent être conçues pour résister aux efforts tranchants et aux moments de flexion qui sont générés en plus des efforts axiaux. Les EBF présentent un meilleur comportement sismique inélastique que les contreventements concentriques, ce qui peut se traduire par une économie pour les structures localisées dans les zones sismiques actives, puisque les charges sismiques de calcul qu’on leur assigne sont moins élevées. En effet, dans les treillis excentriques, les diagonales sont dimensionnées pour demeurer élastiques et le segment de poutre de longueur est choisi comme l’élément ductile où seront concentrées les déformations inélastiques lors d’un séisme important. Le lien remplaçable agit en fait comme un fusible en concentrant la majeure partie des efforts.

Des matériaux du futur
Le laboratoire de structures Hydro-Québec
Une structure intelligente : le EBF

Mots-clés : Innovation (3)



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