Colloque Le Pont Un lien fort et durable - Analyse structurelle des … · 2018. 10. 9. · • Pont de la Voûlte: 180 m/278 m- 1889 04/10/2018 Setec TPI 7 •Plusieurs ouvrages

Analyse structurelle des ponts suspendus

Jean-Bernard Datry

Setec TPI

1 04/10/2018 Setec TPI

Pont Yavuz Sultan Selim (Istanbul) 1408 m

04/10/2018 Setec TPI 2 Vidé

o

https://vimeo.com/185501464https://vimeo.com/185501464

caractéristiques

• Grandes portées

• Evitent les piles et fondations intermédiaires: gorges, estuaires, grands gabarits,

• Très souples: déformation du tablier = déformation du câble porteur,

• Sensible aux sollicitations dues au vent.

• Sensibles au trafic et aux forces concentrée

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Le mémoire de Navier (1823)

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• Environ 70 ponts suspendus en France

• Les plus anciens datent de la première moitié du 19 ème siècle

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Les ponts suspendus en France

• Tancarville: 608 m/1420 m - 1959

• Aquitaine: 394 m/1767 m - 1967

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• La Roche Bernard: 245 m/409 m -1960

• Ancenis: 238 m/412 m - 1953

• Saint Just: 200 m/270 m – 2008

• Saint Projet 195 m/195 m – 1945

• Passerelle des Usses: 191m/191 m - 1839

• Pont de Sablon (Serrières): 185 m – 1951

• Pont de la Voûlte: 180 m/278 m- 1889

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• Plusieurs ouvrages datent de la fin du 19 ème siècle et du début du 20 ème.

• Une travée unique

• Deux piles en maçonnerie

• Un tablier en acier

• Platelage: bois, acier (augets), béton ( souvent suite à une modernisation)

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Le document SETRA –LCPC (1989)

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Sémantique

• Câble de suspension

• Colliers

• Suspentes

• Etriers

• Câbles de retenue

• Selles fixes ou mobiles

• Selles d’épanouissement

• Massifs d’ancrage

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Schémas statiques

• Travée indépendante

• 3 travées suspendues

• Deux travées et plus et briquets d’ancrage

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Combinaison haubans –suspension

afin de réduire les déformations

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Les travées de rive:

• Sans travée de rive pour la plupart

• Des travées de rive indépendante (pilettes)

• Suspendues (grands ponts à trois travées)

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Briquets d’ancrages

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Câbles de tête

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tabliers

• Pièces de pont: flexion transversale isostatique

• Poutres de rigidité: bastaings, profilés , treillis. Elle répartie la charge d’exploitation et stabilise le tablier vis-à-vis du vent (buffeting)

• Platelage: bois, métal, béton ( refait)

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Proportions usuelles

• La = 0,20 à 0,50 lm

• H=0,10 lm

20

Lm La La

H

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Effets du vent

• Vortex shedding (échappement tourbillonnaire)

• Buffeting (vibration due à la tirbulence du vent)

• Torsional instability et flutter: ntor >1, 5 x n vert

• Galloping.: par exemple neige et glace

21

Vortex shedding

Buffeting

flutter

Vitesse du vent

réponse


Principe de fonctionnement

• Le câble prend la forme imposée par le chargement

• La rigidité de la poutre-tablier intervient seulement pour les cas asymétriques et les charges concentrées

• Au premier ordre: M=H x e

22

Charge permanente

H

e


• Moment dans la poutre de rigidité

• Déformée de la poutre de rigidité

23

M=Hxe

e


• Au second ordre ou en tenant compte des déplacements réels:

• Bleue: Courbe initial, au premier ordre

• Vert = courbe déformée

• Rouge: courbe funiculaire du chargement • M= H x (e-d) • Les moments dans la poutre de rigidité et la flèche du tablier sous charge

d’exploitation sont plus faibles.

24

d

e Moments dans la poutre de rigidité


Les câbles

• Ponts modernes et de grande portée: PWS et PPWS

• Ponts anciens, XIX et XX ieme siècle:

• Agencements de monotorons parallèles

• Groupes de fils parallèles

• Gros monotorons

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Les câbles porteurs

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Dispositions technologiques

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épanouissement

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Points faibles

• Câbles porteurs: fatigue aux points singuliers, corrosion

• Suspentes: barres forgées, câbles

• Ancrages: culots, barres relais

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Formule des câbleurs

• R #Fi .n i .cos a;

• où

• n i = nombre de fils de la couche i,

• a = angle d’enroulement des fils de la couche i,

• Fi = résistance des fils de la couche i.

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Le module d’élasticité

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Protection contre la corrosion

• Galvanisation des fils

• Pâte de zinc

• Wrapping

• Epoxy primaire

• Peinture polyuréthane

• Points faibles: colliers et selles

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Equations fondamentales

34

2a


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Flexion des câbles

• Points singuliers: ancrages, selles, attaches des suspentes

• Limitation de la contrainte autour de 600 Mpa

• Au voisinage des ancrages les rotations sont dues:

– Au trafic

– À la température

– Au vent

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Glissement entre fils ou monotorons

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Contrainte de flexion

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Au voisinage des ancrages:

• Rotations dues au trafic et aux variations de température

40

y T


Contrainte de flexion

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Au droit des suspentes

• Les câbles glissent librement en dehors des colliers

• Aucun glissement possible dans le collier

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Flexion des suspentes au droit des colliers

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Suspentes

• d(g+q-R)

• Avec R part prise par la poutre de rigidité

• La contrainte correspondante doit rester inférieure fprg/ 5 pour tenir compte du fait que des suspentes peuvent être déréglées

• Elle sont souvent réalisées en ronds ou en câbles

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d


Les tabliers

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Influence de la poutre de rigidité

• À l’origine poutres de rigidité très faibles

• Impulsion d’Arnodin: poutre de rigidité en treillis métallique

• Tacoma: effets du vent

• Grands ponts: caissons orthotrope

• Très grands ponts: bi-caissons

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Poutre de rigidité

• Influence de la rigidité

• Charge permanente =0 si bien réglé

• Sollicitations proportionnelles à EI

• Importance de la prise en compte du platelage et des longerons.

• Diminution de la flèche

• Répartition des charges sur les suspentes

• Fatigue

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51 04/10/2018 Setec TPI

-1,00E+00

-5,00E-01

0,00E+00

5,00E-01

1,00E+00

1,50E+00

-60 -40 -20 0 20 40 60

dé

pla

cem

en

t d

y e

n m

Abscisse

flèche du tablier sous cas 203: G+ demi-foule fréquente I

3I

9I

12 I

IPE 500

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53 04/10/2018 Setec TPI

-200

-100

0

100

200

300

400

500

-60 -40 -20 0 20 40 60

Mo

me

nt

Mz

n k

N.m

Abscisse

flexion du tablier sous cas 104: G+ véhicule 12t

I

3I

9I

12 I

Ipe 500

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-25

-20

-15

-10

-5

0

5

300 310 320 330 340 350 360 370 380

eff

ort

en

kN

Abscisse

Effort dans les suspentes sous G + véhicule 12t

I

3I

9I

12I

IPE 500

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Calcul des pylônes

• Les vérifications concernant la stabilité et la résistance des pylônes dépendent :

– de la nature du matériau constitutif : maçonnerie, béton armé, métal ;

– du mode de fonctionnement des pylônes dans la structure : pylônes encastrés rigides, encastrés, flexibles, articulés ou encastrés

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Pylônes en maçonnerie

• Selle sur glissière ou rouleaux

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Pylônes souples ou articulés

• Selle fixe

• Mobile au réglage

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Les massifs d’ancrage

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Les points de vigilance

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Déplacement du tablier sous charge d’exploitation

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d


Point fixe

• Câbles au vent: flexion horizontale, soulèvement

• Liaison câble-tablier

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Exemple pour Le Grand Belt et Izmit

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amortisseurs


Les appareils d’appui

• permettre les dilatations,

• Éviter les soulèvements,

• Blocage horizontal,

• Éviter les battements sous les charges, d’exploitation,

• Eviter les chocs.

– Bielles

– Rotules

– Tenons et mortaises

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Appuis verticaux

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Appuis horizontaux

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Oscillations du système de câble

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L


Les solutions

• Amortisseurs sur le câble

• Amortisseurs internes au droit des suspentes

• Aiguilles si haubans

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Effets de sillage

• Vibration du câble sous le vent: mouvements perpendiculaires

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Mouvements d’ensemble 200+1000+200

Premier mode

Deuxième mode

Troisième mode

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500+1000+500

Premier mode

Deuxième mode

Troisième mode

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Documents

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