Des simulations montrent comment les ponts sont endommagés lors des tremblements de terre et comment nous pouvons les prévenir

Des simulations montrent comment les ponts sont endommagés lors des tremblements de terre et comment nous pouvons les prévenir

Les contraintes locales dans la structure du pont alors que les déplacements latéraux deviennent considérablement importants (les déformations ont été multipliées par cinq). Crédit : Université métropolitaine de Tokyo

Des chercheurs de l’Université métropolitaine de Tokyo ont réalisé une simulation détaillée montrant comment un type courant de pont tombe en panne lors de tremblements de terre à grande échelle. Ils ont modélisé des ponts à poutres en forme de I, en examinant le mécanisme étape par étape par lequel ils cèdent et se déforment sous des forces latérales, en commençant par les extrémités. Les nervures de renforcement se sont révélées efficaces contre les forces latérales et améliorent la capacité portante. Leurs travaux orientent les ingénieurs vers des stratégies de conception rationnelles pour rendre les infrastructures plus résilientes.

Les tremblements de terre majeurs peuvent avoir un impact dévastateur sur les infrastructures. Les effets d’un pont gravement endommagé, par exemple, ne se limitent pas à la tragédie qui frappe les gens mais s’étendent à la façon dont la perte d’accès affecte les services d’urgence, les efforts d’évacuation et le transport de fournitures essentielles. Comprendre comment l’activité sismique affecte les structures de pont courantes est donc crucial, non seulement pour construire des ponts capables de résister à de forts tremblements de terre, mais aussi pour prévenir la défaillance des ponts existants grâce à un renforcement efficace.

Bien qu’il existe de nombreux modèles utilisés pour évaluer la résilience des superstructures de ponts, il existe pour la plupart très peu d’exemples qui examinent le comportement de chaque partie de l’ensemble de la structure du pont lors de tremblements de terre à grande échelle.

Une équipe dirigée par le professeur Jun Murakoshi de l’Université métropolitaine de Tokyo a étudié des modèles détaillés qui reflètent avec précision le comportement réel de structures entières, en mettant l’accent sur la manière dont ils pourraient éclairer de nouvelles stratégies de conception. Ils ont examiné le processus de défaillance et l’impact sur la capacité portante causés par les secousses latérales d’un pont à poutres en forme de I, un type de pont courant d’une longueur de portée de 30 m, qui se compose de poutres en acier supportées dont la section transversale ressemble à un “I” majuscule qui porte une dalle plate. Ils ont soumis leur modèle de pont aux forces latérales couramment observées lors des tremblements de terre, en tenant compte des réponses lorsque la force a été appliquée à la fois dans les directions longitudinale et transversale aux poutres.

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    Au fur et à mesure que différentes parties de la structure s’affaissent, nous pouvons voir que le déplacement dans la direction latérale augmente plus rapidement avec une force accrue. Crédit : Université métropolitaine de Tokyo

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    Le modèle numérique construit par l’équipe comprend les poutres, les éléments latéraux, les supports et le tablier supérieur. Crédit : Université métropolitaine de Tokyo

Le modèle a révélé une image détaillée de la façon dont le pont cède et se déforme. Par exemple, lorsque l’effort était appliqué dans le sens transversal, la première partie affectée était la partie inférieure des raidisseurs verticaux sur l’appui, suivie de la plastification des éléments diagonaux de la traverse d’extrémité. Les raidisseurs verticaux continuent ensuite à céder jusqu’à ce que finalement, le gousset (une plaque d’acier qui relie les éléments latéraux) commence à se déformer. Bien que cela n’entraîne pas la défaillance des ponts, il existe déjà des rapports de déformations empêchant le passage des véhicules d’urgence après des tremblements de terre de grande ampleur.

La question est maintenant de savoir comment nous pourrions empêcher que cela se produise. L’équipe a ensuite étudié l’effet des nervures de renforcement sur la structure : un modèle avec des nervures de renforcement a montré comment les contraintes agissant sur les poutres et la traverse d’extrémité les reliant étaient réduites. Les travaux de l’équipe fournissent ainsi un aperçu rationnel de la façon dont les structures de ponts peuvent être conçues et renforcées pour rendre nos infrastructures plus sécuritaires, ainsi que de meilleures stratégies pour évaluer leur sécurité.

Les conclusions sont publiées dans le Journal international des structures en acier.

Plus d’information:
Tomoki Katayama et al, Mécanisme d’endommagement et capacité de charge à l’extrémité de la poutre du pont à poutres en acier existant sous une force latérale sismique, Journal international des structures en acier (2022). DOI : 10.1007/s13296-022-00672-5

Fourni par l’Université métropolitaine de Tokyo

Citation: Des simulations montrent comment les ponts sont endommagés lors de tremblements de terre et comment nous pouvons les empêcher (2022, 5 décembre) récupéré le 9 décembre 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-12-simulations-bridges-earthquakes.html

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