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STABILITÉ DES PONTS FERROVIAIRES A TABLIER INFÉRIEUR OLIVIER JOLY DÉPARTEMENT D

STABILITÉ DES PONTS FERROVIAIRES A TABLIER INFÉRIEUR OLIVIER JOLY DÉPARTEMENT DES GÉNIEs CIVIL, GEOLOGIQUE ET DES MINES ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL &MODE PRÉsENT'É EN VUE DE L'OBTENTION DU DIPLOME DE MAÎTRISE ES SC~ENCES APPLIQUÉES (GÉNIE C m ) JUILLET 1997 @Olivier Joly, 1997. National Libmy Bibliothèque nationale du Canada Acquisitions and Acquisitions et Bibliographie Services seMces bibliographiques 395 Wellington Street 395, rue Wellington OttawaûN K I A M OttawaON K l A W Canada canada The author has granted a non- L'auteur a accordé une licence non exclusive licence allowing the exclusive permettant à la National Library of Canada to Bibliothèque nationale du Canada de reproduce, loan, distribute or s e U reproduire, prêter, distribuer ou copies of ths thesis in microform, vendre des copies de cette thèse sous paper or electronic f o r m a t s . la forme de microfiche/nlm, de reproduction sur papier ou sur format électronique. The author retains ownership of the L'auteur conserve la propriété du copyright in this thesis. Neither the droit d'auteur qui protège cette thèse. thesis nor substantial extracts h m it Ni la thése ni des extraits substantiels may be printed or othelurise de celle-ci ne doivent être imprimés reproduced without the author's ou autrement reproduits sans son permission. autorisation. Ce mémoire intitulé : STABILI~ DES PONTS FERROVIAIRES À TABLIER DEÉRIEUR présenté par : JOLY OLivier en vue de l'obtention du diplôme de : a été dûment accepté par le jury d'examen constitué de : M. LÉGER Pierre, Ph-D., président M MASSICOTTE Bruno, PhD., membre e t directeur de recherche M. TRIEMBLAY Robert, Ph.D., membre et codirecteur de recherche M NOWAK George, hg., MB& membre REMERCIEMENTS L ' a u t e u r tient à souligner s a gratitude envers tous ceux qui ont participé de prés ou de loin à la rédaction de ce m é m o i r e . Ii remercie particulièrement ses directeurs de recherche, MM. Bruno Massicotte e t Robert Tremblay, qui lui ont toujours donné tout le soutien et l'appui possible et nécessaire à I'aboutissement de ce mémoire. L'auteur remercie aussi Danieile Jacques s a n s qui la dérivation des équations du chapitre 6 aurait été impossible et Philippe Legault avec qui il a débuté ce projet de recherche. en fi^ il remercie le fonds FCAR pour son soutien financier. Pour des raisons de dégagement sous l'ouvrage, les poutres principales des ponts ferroviaires à tablier uiféneur sont surélevées et leur semelle supérieure n'est pas retenue latéralement de façon directe. Le déversement de la poutre est prévenu par l'utilisation des entretoises du pont qui, reliées à la poutre matatresse par des goussets, empêchent la rotation de cette dernière. Le déversement est aussi ùinuencé par le tablier du pont qui, par un effet de diaphragme horizontal, vient bloquer le déplacement latéral de la poutre au niveau du tablier. Le déversement est également influencé par la déformation de la s e c t i o n de l'âme que l'on appellera la distorsion. Tous ces phénomènes rendent très complexe le calail du moment de déversement de la poutre à laquelle on ne peut plus appliquer les équations classiques du dwersement. Ce problème a été étudié par plusiairs auteurs que l'on peut regrouper en deux écoles de pensée. La première ne considère que la partie comprimée de la poutre et fait aimi l'analyse d'un poteau sur appuis élastiques. La deuxième considère une poutre à laquelle vient se rattacher un ressort travaillant en rotation. Aucune des méthodes proposées par ces auteurs ne permet d'inclure de façon satisfaisante l'ensemble des paramiitres régissant le problème. Pour étudier l'effét de chaque composante du pont sur le déversement des poutres maîtresses et pour bien saisir tous les phénomènes en jeu, un modele d'éléments bis a été développé pour un pont réel typique. La stabilité de ce pont a été étudiée en variant les propriétés des diverses composantes. Une fois la fonction de chaque composante bien établie, u n e méthode de calcul du moment de déversement est proposée. Cette méthode, basée sur une approche énergétique, d d é r e la poutre non pas dans s o n ensemble m a i s décompose celle-ci e n t r o i s parties: l'âme et les deux semelles. Un polynôme de degré allant jusqu'à quatre est u W pour décrire la déformée de l'&ne lors du déversement. La méthode permet d'inclure l'effet du tablier de même que la distorsion de l'âme pour une poutre unisymétrique soumise à un moment constant. Un processus est ensuite propose pour convertir les raidisseurs de la poutre en une épaisseur d'âme équivalente afin d'inclure leur effet stabilisateur dans la méthode d'évaluation du moment de déversement. Fierneni, la méthode proposée est comparée à des analyses par éléments f i n i s et a des méthodes proposées par différents auteurs. ABSTRACT Through plate &der bridges are used when clearance under the bridge is limited. They are characterized by the use of girders that do not have direct lateral bracing at the top flange. Lateral-tonional buckling i s therefore prwented by the Boorbeams, which restrain, through the connections between the fioorbearns and the m a i n girders, the rotation of the m a i n girder. Lated-torsional buckling of the m a i n g i r d e r s i s influenced by the deck, which acts as a n horizontal diaphragm. This diaphragm prevents the lateral displacement of the girder at the deck level. Lateral-torsional buckling is aiso influenced by cross-section distortion of the girder. Calcuiation of the buckling ioad i s therefore a very cornplex process in which the use of classical formulas is impossible. The detennination of that buckling load has been studied by numerous authors that can be divided in two groups. The first group includes those who only consider the top £lange portion of the girder. This c o n s i d e r a t i o n lads to the study of a column on elastic foundation, The second class of authors are those who view the girder as a single elernent to which a torsional spring i s attacheci. None of the above methods are satisfactory in incorporating all the facets of the problem To understand the innuence of each part of the bridge on the lateral-torsional buckling of the m a i n girders, a finite element mode1 of a typical bridge has been created. Pammetric analyses have been performed by varying the properties of the different parts of the bridge. Once the role of each part i s known, a produre for the calculation of the buckiing load is proposed. T h i s procedure, based on an energy approach, takes into account the whole girder as a sum of three parts: the web , the top flange and the bottom flange. A fourth-degree polynomial function or a lesser degree polynornid function is used to describe the deformation of the w e b at the buckling point. This procedure includes the horizontal diaphragm effect of the deck as weii as web distortion. It i s developed for a u n j . B e m d 1-beam under a uniform moment A method to tramform stiffeners into an equivaient web thichess is also proposed for using the proposed procedure. Finally, the resufts obtained with proposed procedure are compared to the results obtained from finite element wmputation and fiom procedures d&ved by previous researches. 1.3.1.2 Charge vive ........................................................................... 10 ...................................................................... 1.3.1 -3 Autres charges 12 ............................................................................................. 1 . 3.2 Résistance 14 1 .3.3 Autres considérations de conception ...................................................... 18 ............................................................................................... 1.4 Normes S6 et S16.1 21 ........................................................................................................ 1.5 Problématique 24 ................................................................................................................ 1 -6 Objectifs 2 6 ..................................................................................................... 1.7 Portée d u travail 28 ................................................................................................... 2.1 Approche usuelle 29 ............................................................................... 2.1.1 Hypothèses de base 32 ......................................................... 2.1 -1 -1 Distorsion de la section 32 ..................................................................... 2.1.1.2 Appuis latéraux 33 ........................................... 2.1.2 Autres conditions frontières et chargements 33 ...................................................... 2.1.3 Formulation de Winter et ThiirLiman 34 ........................................................ 2.1.3.1 Formulation de I'AREA 36 ........................................................... 2.1.4 Formulation dans la nonne S 16.1 40 2.2 Modèle d u poteau n i r supports élastiques .............................................................. 40 ........................................................................... 2.2.1 Approche de Engesser 43 ..................................... 2.2.2 Approche de Timoshenko (fondation élastique) 46 .................................................... 2.2.3 Approche de Bleich (extr6mités f i x e s ) 49 ................................... 2.2.4 Comparaison des méthodes avec extrémités fixes 53 ..................................... 2.2.5 Approche de fioshenko (charge parabolique) 54 ........................................................................... 2.2.6 Approche de Schweda 56 .................................................................... 2.2.7 Approche de Ratzersdorfer 62 .............................................................................. 2.2.8 Approche de Lazard 64 ........................................................... 2.3 Modèle de la poutre avec retenue de torsion 67 ................................................................ . 2.3 1 Approche de Taylor et Ojaivo 68 ................................................................................. 2.3 -2 Approche de Yura 70 CHAPITRE 3 : COMPORTEMENT ET COMPOSANTES STABILISATRICES ............................................................................................................. 3.1 Entretoises 74 .......................................... 3.1.1 Critères de dimensionnement des entretoises 74 3.1.2 Effet des entretoises s u r la stabilité ........................................................ 77 ................................................................................................................... 3 -2 Tablier 77 .................................................. 3 .2.1 Critères de ditmnsiomement du tablier 77 3.2.2 Effet du tablier sur la stabilité 78 uploads/Litterature/ mq-33144.pdf