Contreventements à Flambage Restreinte Quaketek
Les Contreventements à Flambage Restreinte Quaketek sont construits avec la qualité et le coût à l’esprit. Ils sont utilisés pour fournir aux structures une protection sismique basée sur la ductilité.
C’est quoi, un Contreventement à Flambage Restreinte?
Ces contreventements sont un élément structurel qui rentre en fluage en tension et en compression dans l’axe central (une direction). Le principe de travail est le même que celui d’un élément diagonal commun, mais, dans le cas d’un Contreventement à Flambage Restreinte il le fait sans se flamber. Ce comportement quasi-symétrique est atteint en créant un élément composé d’une plaque d’acier (barre ou autres selon la technologie) recouverte d’une enveloppe de mortier ou de béton sur toute sa longueur. Bien qu’il ressemble à un élément composite, une couche d’isolation est ajoutée à la surface entre l’acier et le mortier / béton permettant aux forces de tension d’être développées uniquement dans le noyau d’acier, plutôt que dans une section composite. La couche d’isolation est un élément important du afin d’empêcher la section d’agir comme un élément composite à une résistance significativement plus élevée (ce qui serait dangereux). En compression, le noyau d’acier ne développe pas de flambage significatif, il se déforme plutôt assez uniformément sur la longueur de la diagonale et sera en mesure d’effectuer quelques cycles à avant la rupture.
L’spirit de la conception de cadres avec Contreventement à Flambage Restreinte
Dépendant de quelle est la philosophie du code sismique, ces éléments fonctionnent soit comme un élément sacrificiel pour contrôler les dommages, ou soit comme un système structurel principal ductile (SFRS). Dans les normes qui favorisent la résilience en lieu de juste la sécurité de la vie, ces contreventements sont utilisés dans une philosophie de conception « contrôle des dommages » où elles sont l’élément sacrificiel d’une structure avec des cadres rigides. Dans de tels cas, la structure est protégée en sacrifiant le contreventement et peut avoir une rigidité post-fluage très décente, conduisant à un faible niveau de dommages. Donc à l fin d’un séisme on ne doit que à démonter les contreventements et installer au nouveau ceux de remplacement. Par exemple, au Japon, la méthodologie de conception utilise ces éléments diagonaux pour protéger le système primaire, les cadres (Kasai, Fu et Watanabe 1998). Les normes et les codes de ce style ont tendance à utiliser des valeurs relativement faibles des facteurs de modification de la réponse sismique (p. ex. R).
En revanche, d’autres normes, telles que l’américaine et celles qui s’en inspirent: appliquent une philosophie selon laquelle les cadres avec contreventements à flambage restreinte sont le principal système structurel (SFRS), et donc, des pourcentages plus élevés de déformation latérale sont attendus. Dans ces normes, la rigidité post-fluage attendue est plus faible car les contreventements ne sont pas tenus de fonctionner en parallèle dans la limite élastique des cadres de moment (Applied Technology Council 2015). Par conséquence, dans ces types de codes, il est courant de trouver des valeurs de facteur de modification de la réponse sismique plus agressives, et la performance finale de la structure a une tendance à être aussi faible que celle du reste du SFRS prescrits par ces normes (cadres rigides, murs de cisaillement, cadres contreventés, etc.). Dans ce deuxième cas, l’ingénieur devrait tenir compte les exigences minimales suivantes pour une mise implémentation sécuritaire :
Exigences minimales lors de la conception de cadres avec Contreventements à Flambage Restreinte
Ces contreventements sont modélisés comme s’ils étaient connectés à la structure avec une rotule (pin) idéale. Par conséquence, une fois que l’ingénieur a une estimation de la déformation latérale maximale (amplifiée par des facteurs de déplacement prescrits, ou par une analyse non linéaire), il peut l’utiliser pour estimer quelle rotation se produira dans l’élément diagonal à partir de son angle initial. Si la déformation latérale est proche ou supérieure à deux pour cent de la hauteur de l’étage, des précautions particulières doivent être prises dans la conception de la connexion. Ces systèmes de contreventement diagonaux ont tendance à souffrir de défaillances dues à des forces hors plan (Chien, et al. 2018), alors il est essentiel de permettre une capacité de rotation non restreinte dans la connexion. C’est pour ces raisons que des connexions rotulées sont préférées dans ces cas. L’ingénieur pourrait également vérifier si la connexion boulonnée permet cette demande de rotation dans leur configuration d’installation réelle.
La capacité maximale d’une Contreventement à Flambage Restreinte est d’environ 2 fois supérieure à sa limite de fluage (cela varie quelque peu en tension et en compression, et avec le ratio entre la longueur, la force de fluage réelle, les propriétés du matériel, le déplacement requis, etc.). Cela fait de cette révision l’une des plus importantes car elle établit la capacité du « chemin de charge ». En d’autres termes, il définit la capacité d’une structure à transférer ses forces, de n’importe quel point à la fondation.
Pour que ce « chemin de charge » existe, la ductilité ne doit être présente que dans les contreventements dans les colonnes (si elles sont détaillées comme ductiles) mais jamais dans les connexions ou dans la fondation. Dans le cas des connexions, celles-ci sont fragiles, donc la ductilité n’est pas la plus compatible, et dans le cas des fondations, la modélisation de la structure avec un facteur de modification de la réponse (R) suppose une condition de base fixe comme hypothèse de modélisation (en ignorant les effets d’interaction sol-structure); et pour que cette condition soit remplie, la valeur de ce facteur devrait être révisée lors de la conception des éléments de fondation et lors de l’estimation des charges transférées au sol, sinon, la capacité de dissipation d’énergie présumée liée au facteur aurait pu être surestimée. Dans cette philosophie de conception de capacité, la structure est permise à dissiper l’énergie avec dommage ductile tandis que la fondation elle-même reste essentiellement élastique (NBCC 2015). Bien que cela puisse sembler compliqué à première vue, il est relativement facile de vérifier ce cisaillement maximal, et même certains codes ont déjà des paramètres généraux pour une conception préliminaire indirecte, voici deux options:
Essayage
L’ingénieur peut exiger que le fabricant essaie un spécimen complet d’une force représentative pour le projet (p. ex. moyenne de toutes les forces de projet) jusqu’aux limites de déformation latéral maximales qui sont obtenues du modèle structurel. Bien qu’il ne s’agisse pas d’un échantillon total de l’ensemble du projet, comme on pourrait s’y attendre sur nos autres appareils plus performants (par exemple, les freins sismiques Ten-Co), cela donnera à l’ingénieur une confiance supplémentaire en ce qui concerne le cisaillement maximal et, en général, ils peuvent alors avoir une estimation plus précise.
Le seul inconvénient de cette option est que la plupart des fabricants contreventements à flambage restreinte ne fournissent qu’un rapport d’essai de tension d’un coupon, tiré, s’on est chanceux, de la même plaque d’acier à partir de laquelle les noyaux d’acier ont été coupés, ou en fournissant un rapport d’essai de prototype (généralement non effectué pour le projet en question). C’est généralement le cas parce que c’est le minimum requis par la plupart des normes, cependant, cela laisse une marge d’incertitude assez élevée sur l’estimation de la force. Une note doit être faite dans le sens où; un tel niveau d’incertitude est courant dans la pratique car le reste des SFRS ductiles prescrits dans les normes n’ont pas non plus de contrôles de qualité supplémentaires. Néanmoins, l’ingénieur peut exiger ces tests car il est responsable de la conception ou plus simplement (bien que coûteux) faire la conception avec des facteurs de surs résistance plus importants (voir la section suivante).
Facteurs prescrits dans le code sismique
Au but de la ligne, le noyau sacrificiel du Contreventement à Flambage Restreinte est fait en acier et les propriétés de ce matériau sont bien connus. Par conséquence, la plupart des normes donnent une orientation assez solide que les ingénieurs peuvent utiliser pour estimer ce cisaillement maximal pour les connexions, les colonnes et la conception des fondations. Dans la plupart des normes, il existe une valeur de Ω prescrite (oméga) pour les Contreventements à Flambage Restreinte et elle est généralement de 2,5x. Par la suite, l’ingénieur peut simplement multiplier le cisaillement de conception par Ω et ainsi estimer le cisaillement maximal pour la conception des fondations. De la même manière, ils peuvent prendre la force axiale maximale trouvée dans une Contreventements à Flambage Restreinte et la multiplier par Ω pour trouver la force de conception des connexions et des colonnes.
Dans la plupart des normes et codes sismiques qui utilisent des facteurs de modification de réponse agressifs (R), fortes limitations dans la hauteur de ces systèmes sont généralement imposées, généralement 45 m. C’est essentiel parce qu’il est bien connu que les systèmes de contreventements tendent à accumuler la déformation latérale non linéaire permanente pendant que la hauteur augmente, et ceci peut par la suite mener au collapse due à l’instabilité dynamique (Zieman 2010). Ce problème est mitigé en accompagnant les contreventements à flambage restreinte avec des cadres de moment ductiles qui aideront à fournir une rigidité post-rendement décente et à ne pas accumuler de déformation latérale non linéaire.
La conception de cadres avec Contreventements à Flambage Restreinte suppose que, pour les forces de tension, il fonctionnera comme un élément de plaque d’acier (noyau), par conséquent c’est la logique utilisée pour la révision de la capacité maximale. Il serait très dangereux que, en raison des conditions d’utilisation, de l’environnement ou de la mauvaise qualité de fabrication, le mortier ou tout autre matériau utilisé pour l’enveloppe extérieure, adhère au noyau en acier de sorte qu’il commence à se comporter comme un élément en béton armé ou comme une section composite. Cela entraînerait les forces de cisaillement maximales estimées auparavant utilisées pour la conception des connexions, des colonnes et des fondations à devenir considérablement plus élevées. Cet effet indésirable finirait par conduire à une collapse catastrophique du système structurel lorsque le « chemin de charge » échoue. Par conséquence, l’ingénieur devrait exiger au fabricant qu’il prenne une sorte de garantie à cet aspect, ou qu’il exige une sorte de protocole de test pour le projet qui permet répondre ces questions, ou dans le pire des cas, qu’il suppose que ce pire scénario est le plus probable pour estimer la force réponse maximale à l’élément diagonal et pour le cisaillement à la base.