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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou Faculté du Génie de la construction Département de Génie Civil Mémoire de Magister Spécialité: Génie Civil Option: Structures et matériaux Présenté par: Mr BELKHEIR Mohammed Aghiles Thème: Influence de la disposition des voiles sur la performance sismique des bâtiments Devant le jury suivant: Soutenu le : 02 /07 /2012 Mr Ait Tahar Kamal Professeur- UMMTO Président Mr Hamizi Mohand Maître de conférences (Classe A)-UMMTO Rapporteur Mr Bouafia Youcef Professeur-UMMTO Examinateur Mr Kachi Mohand Said Professeur-UMMTO Examinateur Remerciements : Je tiens à exprimer mes sincères remerciements à Mr Hamizi Mohand, maitre de conférences à l’UMMTO, pour la confiance qu’il m’a accordé en acceptant de rapporter ce travail. Son soutien constant, sa disponibilité, et ces précieux conseils, m’ont permis de mener à bien ce travail ; qu’il trouve ici le témoignage de ma profonde reconnaissance. Je tiens aussi à remercier les membres du jury, pour l’honneur qu’ils m’ont fait en acceptant de juger ce travail. Mes remerciements s’adressent aussi à Mr Harmim Mohamed, enseignant à l’UMMTO, pour son soutien, ses conseils, et ses précieuses orientations tout au long de ce travail. Je voudrais également adresser mes sincères remerciements à Mr Aknouche Hassan, attaché de recherche au CGS, pour ces conseils et orientations qui ont grandement contribué à l’élaboration de ce travail ; qu’il trouve ici l’expression de ma plus grande considération. Enfin, je tiens à remercier ma famille et mes amis pour leur soutien et leurs encouragements. Résumé : La disposition des voiles dans les structures mixtes est essentielle pour avoir une conception adéquate et un bon comportement structurel. Une bonne disposition des voiles permet d’avoir une exploitation optimale de la rigidité de la structure. Cependant, dans le code parasismique algérien (RPA2003), aucun article n’est relatif à ce paramètre, ce qui pousse les concepteurs des structures mixtes à essayer d’une manière systématique de disposer les voiles sur la périphérie du bâtiment. L’objectif assigné à cette étude est de proposer aux concepteurs de structures mixtes une méthode, qui permet de rechercher la disposition optimale des voiles, en évaluant la performance sismique de la structure selon plusieurs variantes de la disposition des voiles. Notre travail consiste dans un premier lieu à exposer une procédure qui permet d’évaluer la performance sismique des structures mixtes, en utilisant la méthode de capacité spectrale, proposée par le règlement américain ATC 40. En second lieu, les paramètres (déplacements inter-étages, demande en ductilité, raideur initiale, raideur au point de performance, mécanisme de ruine.) issues de l’analyse statique non linéaire sont proposés comme critères de comparaison pour déterminer la disposition optimale des voiles. Pour valider notre méthode, nous avons considéré comme exemple d’application une structure régulière de dimensions (20mx20m), de hauteur (R+7) ; plusieurs dispositions de voiles sont étudiées, des paramètres basés sur les résultats de l’analyse statique non linéaire sont utilisés comme critères de comparaison pour déterminer la disposition optimale des voiles. Mots clés : Disposition optimale des voiles, performance sismique, méthode push-over, courbe de capacité, spectre de demande, point de performance. Abstract: The layout of shear walls is essential to influence the structural behavior of the reinforced concrete wall structures. A good layout of shear walls affords the optimal use of rigidity of the structure. However, in the Algerian seismic code (RPA2003), no article refers to this parameter, leading designers of these types of structures to try in a systematic way to lay out walls on the periphery of the building. The objective assigned to this study is to propose to the designers of RC wall structures a method that helps finding the optimal layout of shear walls, by evaluating the seismic performance of the structure according to several variants of the shear walls layout. Our work consists in the first place to expose a procedure for evaluating the seismic performance of the RC wall structures by using the capacity spectrum method (CSM), proposed by the American code ATC 40. In the second place, the parameters (inter-storey drift, ductility demand, initial stiffness, stiffness at the performance point, failure mechanisms) from the non-linear static analysis are proposed as comparison criteria to determine the optimal layout of shear walls. To validate our method, we considered as application example, a regular structure with dimensions of (20mx20m), height (R+7) ; several layouts of shear walls are studied; parameters based on the results of non-linear static analysis are used as evaluating criteria to determine the optimal layout of shear walls. Key words: Optimal layout of shear walls, seismic performance, push-over method, capacity curve, demand spectrum, performance point. Sommaire : Chapitre 1 : Introduction et problématique I.1. Introduction générale : ........................................................................................................................... 1 I.2. Problématique et objectifs de la thèse: ................................................................................................. 8 I.3. Plan de travail : ........................................................................................................................................ 8 Chapitre 2 : Méthodes d’évaluation de la vulnérabilité sismique II.1. Introduction : ......................................................................................................................................... 10 II.2. Méthodes d’évaluations de la vulnérabilité sismique: ..................................................................... 10 II.2.1. Méthodes empiriques : ................................................................................................................ 11 II.2.2. Méthodes déterministes basées sur la performance : .............................................................. 12 II.2.2.1. Approche en ductilité (Euro code 8) : ............................................................................... 14 II.2.2.2. Approche en amortissement (Méthode de capacité spectrale ATC 40) …………………….20 II.3. Bases théoriques de la méthode de capacité spectrale (ATC40) ………………………………………………… 21 II.3.1. Détermination de la Courbe de capacité : ................................................................................. 21 II.3.2. Détermination de la demande sismique : ................................................................................. 22 II.3.2.1. Détermination du spectre élastique amorti à 5% : .......................................................... 22 II.3.2.2. Transformation du spectre élastique au format accélérations-déplacements………. 23 II.3.2.3. Idéalisation bi linéaire de la courbe de capacité : ............................................................ 24 II.3.2.4. Détermination de l’amortissement effectif et réduction du spectre élastique…………..24 II.3.3. Détermination du point de performance : ................................................................................ 27 Chapitre 3 : Analyse push over des structures mixtes : III.1. Introduction …………………………………………………………………………………31 III.2. Modélisation et analyse élastique linéaire de la structure : .......................................... 31 III.3. Vérification et ferraillage de la structure : ....................................................................... 34 III.4. Définition du comportement non linéaire de la structure : .......................................... 35 III.4.1. Définition du comportement non linéaire des poutres et poteaux ……………………….35 III.4.2. Définition du comportement non linéaire des voiles : .............................................. 38 III.4.2.1.1. Loi de comportement non linéaire des rotules de flexion ............................... 40 III.4.2.1.2. Loi de comportement non linéaire de la rotule de cisaillement ...................... 43 III.5. Définition du chargement de l’analyse push over : ....................................................... 47 III.5.1. Définition de l’analyse sous charges gravitaires : ...................................................... 47 III.5.2. Définition de l’analyse push over sous charges horizontales: ................................. 48 III.6. Analyse statique non linéaire et extraction de la courbe de capacité ……………………… 50 Chapitre 4 : Recherche de la disposition optimale des voiles : IV.1. Introduction : ....................................................................................................................... 52 IV.2. Les critères de comparaisons entres les variantes étudiées ……………………………………….52 IV.3. Etude de la structure (R+7) : ............................................................................................. 52 IV.3.1. Description de la structure : .......................................................................................... 52 IV.3.2. Dimensionnement de la structure : .............................................................................. 54 IV.3.3. Choix des dispositions de voiles à étudier: ................................................................. 55 IV.3.4. Etude de la variante 1 (Exemple d’application) : ....................................................... 56 IV.3.4.1. Dimensionnement de la structure : ...................................................................... 56 IV.3.4.1.1. Vérification du comportement dynamique : ................................................. 57 IV.3.4.1.2. Vérification Art 4.3.4 RPA 2003 :..................................................................... 57 IV.3.4.1.3. Vérification Art 4.3.6 RPA 2003 :..................................................................... 57 IV.3.4.1.4. Vérification Art 5.10 RPA 2003 :...................................................................... 58 IV.3.4.1.5. Vérification Art 5.9 RPA 2003 ......................................................................... 58 IV.3.4.1.6. Justification de l’interaction portiques-voiles .............................................. 59 IV.3.4.1.7. Ferraillage de la structure : .............................................................................. 60 IV.3.4.2. Définition du comportement non linéaire des éléments .................................. 61 IV.3.4.2.1. Poutres et poteaux : .......................................................................................... 61 IV.3.4.2.2. Voiles sens xx : ................................................................................................... 61 IV.3.4.3. Définition du chargement de l’analyse sous charges gravitaires…………………..63 IV.3.4.4. Définition de l’analyse push over sous charges horizontales …………… .... 63 IV.3.4.5. Résultats de l’analyse push over (Variante 1): ................................................... 63 IV.3.4.5.1. Courbe de capacité de la structure (Vbase-Dsommet)……………………………………… 63 IV.3.4.5.2. Courbe de capacité du système équivalent (Sa-Sd) ....................................... 63 IV.3.4.5.3. Détermination du point de performance du système équivalent (Sa-Sd) 64 IV.3.4.5.4. Détermination du point de performance de la structure (Vp-Dp): ............. 64 IV.3.4.5.5. Déplacements inter-étages au point de performance (x): .......................... 65 IV.3.4.5.6. Demande en ductilité ( ): .............................................................................. 65 IV.3.4.5.7. Raideur de la structure au point de performance (Kp) et indicateur de dégradation global de la structure (Id) :............................................................................... 65 IV.3.4.5.8. Mécanisme de ruine et état de dégradation des éléments………………………….66 IV.3.5. Analyse push over des autres variantes proposées (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9): ……………..67 IV.3.5.1. Etude comparative des résultats: ......................................................................... 67 IV.3.5.1.1. Détermination des points de performances des structures (Vp-Dp): ……….68 IV.3.5.1.2. Déplacements inter-étages maximal au point de performance (x):……… 68 IV.3.5.1.3. Demande en ductilité ( ): .............................................................................. 69 IV.3.5.1.4. Raideur initiale de la structure (Ke) : .............................................................. 70 IV.3.5.1.5. Raideur de la structure au point de performance (Kp) et indicateur de dégradation global de la structure (Id) :............................................................................... 70 IV.3.5.1.6. Mécanismes de ruine et état de dégradation des éléments: ........................ 71 IV.3.6. Conclusions : ................................................................................................................... 72 Chapitre 5 : Conclusion générale :……………………………………………….……74 Références bibliographiques………………………………………………………………….……77 Annexes …………………………………………………………………………………………….. 83 Liste des figures : Figure I.1 : Carte des plaques lithosphériques principales. ............................................................ 1 Figure I.2 : Effondrement de structures dues a des déplacements importants………………………….2 Figure I.3 : Plastification des poteaux avant les poutres. uploads/Ingenierie_Lourd/ magister-belkheir-med-aghiles.pdf