FR2698400A1 - "Dispositif parasismique" pour ouvrages de construction notamment pour ponts et plate-forme offshore. - Google Patents
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Abstract
Le dispositif parasismique pour ouvrages de construction comprend une platine supérieure (1) pourvue d'au moins deux coins métalliques (5) avec leurs surfaces inclinées planes (5a) orientées vers le bas et vers l'extérieur, une platine inférieure (2) pourvue d'au moins deux coins métalliques (8) avec leurs surfaces inclinées planes (8a) orientées vers le haut et vers l'intérieur en regard des surfaces inclinées (5a) de la platine supérieure, et au moins deux plaques d'élastomère (3) disposées entre les surfaces inclinées (5a, 8a) des platines supérieure et inférieure en vue d'établir une liaison mécanique entre lesdites platines. Application aux ponts ferroviaires.
Description
La présente invention concerne un dispositif parasismique pour ouvrages de construction. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif parasismique associé à des appuis équipant des piles pour supporter des charges importantes des ouvrages de construction, notamment des ponts et des plate-formes offshore.
On sait que pour une structure d'ouvrage de construction donnée, la valeur des efforts apportés par les actions sismiques dépend de la rigidité des liaisons situées au niveau des appuis de la structure.
Les efforts sismiques sont constitués par une composante verticale qui ne provoque pratiquement pas de déplacement relatif au niveau des appuis entre les piliers et la plate-forme de l'ouvrage, et par des composantes horizontales responsables des déplacements relatifs au niveau des appuis entre les piliers de support et les plate-forme de l'ouvrage.
Pour la conception des ouvrages de construction dans une zone à sismicité connue, au niveau des appuis de liaison entre les piliers et la plate-forme de l'ouvrage, les composantes horizontales des actions sismiques sont déterminantes. La composante verticale des actions sismiques est prise en compte forfaitairement avec un coefficient de combinais on.
Pour la construction des ponts par exemple, en particulier pour des ponts ferroviaires, il est nécessaire de prévoir au niveau des appuis de liaison la possibilité de faibles déplacements relatifs entre les piliers de support et le tablier du pont susceptibles d'être provoqués par des efforts de freinage et de démarrage, ou des efforts centrifuges si le pont décrit une courbe, exercés par un train ou d'autres véhicules circulant sur le tablier du pont. Les efforts de freinage et de démarrage du véhicule sont orientés dans le sens longitudinal du tablier de pont. Les efforts centrifuge sont orientés transversalement au tablier de pont.
Traditionnellement, on construit des ponts de chemin de fer avec des piles équipés d'appuis fixes ou d'appuis mobiles avec des butées transversales et longitudinales. Une telle conception qui est satisfaisante pour des zones à sismicité faible n'est cependant pas adaptée pour des zones à sismicité forte où les composantes horizontales des actions sismiques dépassent largement les efforts horizontaux provoqués sur le tablier par les véhicules. Autrement dit, lors d'un séisme de forte intensité, les appuis classiques pour ponts ne peuvent pas résister mécaniquement aux efforts sismique s qui provoquent ainsi des dommages importants au niveau des appuis du tablier.
ll a été proposé un dispositif parasismique qui consiste à associer aux appareils d'appuis de pont, un bloc élastomère pour absorber par cisaillement élastique les efforts horizontaux des actions sismiques. Or cette solution n'est satisfaisante que dans la limite où les efforts horizontaux des actions sismique s peuvent être compensés par la déformation élastique des blocs d'élastomère. Au-delà, la rupture des appareils d'appuis est inévitable.
La présente invention a pour objet un dispositif parasismique pour ouvrage de construction pouvant absorber des efforts horizontaux de forte amplitude.
L'invention a également pour objet de permettre, sous l'action d'accélération du sol provoquée par un séisme et transmise à la tête des piliers de support, un certain déplacement élastique de la plateforme de l'ouvrage par rapport à cette tête de pile, de manière que la réaction dynamique horizontale apportée par la masse de la plateforme n'apporte pas d'efforts rédhibitoires.
Un autre objet de l'invention est d'éviter un déplacement de la plate-forme sur les piles de support incompatible avec leur géométrie.
Un autre objet de l'invention est de ramener la plate-forme à sa position d'origine une fois le séisme terminé.
Encore un autre objet de l'invention est d'éviter une rupture des appuis équipant la tête des piles lors d'un séisme.
Le dispositif parasismique pour ouvrages de construction selon l'invention, comprend une platine supérieure sur laquelle vient en appui la plate-forme de l'ouvrage, une platine inférieure montée sur la tête d'une pile de support de l'ouvrage. Les platines supérieure et inférieure présentent chacune au moins deux surfaces planes et inclinées sous forme d'un V. Au moins deux plaques d'élastomère sont placées entre les surfaces inclinées en V en regard des platines supérieure et inférieure de façon à établir la liaison mécanique entre lesdites platines supérieure et inférieure.
Les plaques d'élastomère sont frettées, c'est-à-dire présentent une structure stratifiée constituée de couches alternées d'élastomère et de feuilles métalliques augmentant ainsi la résistance à l'écrasement de l'élastomère.
Les platines sont réalisées en acier. Les surfaces inclinées de la platine supérieure sont revêtues d'une couche d'acier inoxydable tandis que les surfaces correspondantes des plaques d'élastomère sont revêtues d'une couche de résine fluorocarbonée généralement connue sous le nom de Téflon. Les couches de Téflon présentent de préférence une structure frittée pourvue d'alvéoles favorisant le stockage d'une huile de silicone pour réduire le coefficient de frottement entre l'acier inoxydable et le Téflon.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 est une vue de côté du dispositif parasismique de l'invention,
la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1 sans la platine supérieure,
la figure 3 est un schéma indiquant la répartition des efforts exercés sur la plaque d'élastomère sollicitée du dispositif de la figure 1,
la figure 4 est un schéma représentant la déformation de la plaque d'élastomère sous les efforts indiqués sur la figure 3, et
la figure 5 est une vue schématique de dessus de la tête d'un pilier de support d'ouvrage équipé de deux dispositifs parasismiques de l'invention.
la figure 1 est une vue de côté du dispositif parasismique de l'invention,
la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1 sans la platine supérieure,
la figure 3 est un schéma indiquant la répartition des efforts exercés sur la plaque d'élastomère sollicitée du dispositif de la figure 1,
la figure 4 est un schéma représentant la déformation de la plaque d'élastomère sous les efforts indiqués sur la figure 3, et
la figure 5 est une vue schématique de dessus de la tête d'un pilier de support d'ouvrage équipé de deux dispositifs parasismiques de l'invention.
Comme illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif parasismique de l'invention comprend une platine supérieure 1, une platine inférieure 2 et deux plaques d'élastomère 3 servant de liaison mécanique entre les platines supérieure 1 et inférieure 2.
La platine supérieure 1 est fixée à la plate-forme ou au tablier de l'ouvrage (non représenté) par l'intermédiaire de sa base 4 sous forme d'une plaque métallique horizontale et au moyen d'un boulonnage de tiges en acier à haute résistance (non représentées) traversant des trous 4a de la base 4. La platine supérieure 1 comporte deux coins métalliques S soudés à la surface inférieure de la base horizontale 4 avec une distance a séparant l'un de l'autre. Les coins métalliques S sont disposés de façon à offrir leurs surfaces inclinées Sa vers le bas et vers l'extérieur du dispositif pour former un V. Les surfaces inclinées Sa des coins métalliques 5 sont revêtues d'une couche d'acier inoxydable 6 collée ou soudée aux coins 5.
La platine inférieure 2 est fixée à la tête d'une pile (non représentée) par l'intermédiaire de sa base métallique horizontale 7 au moyen de bêches d'ancrage 7a et d'un boulonnage de tiges en acier à haute résistance (non représentées) au travers des trous 7b de la base 7. Sur la surface supérieure de la base 7 de la platine inférieure 2 sont soudés deux coins métalliques 8 distancés l'un de l'autre de l'intervalle a et dont les surfaces inclinées 8a sont orientées vers le haut et vers l'intérieur du dispositif sous forme d'un V en regard des surfaces inclinées 5a de la platine supérieure 1.
De préférence, les coins supérieurs 5 et inférieurs 8 présentent leurs surfaces inclinées 5a et 8a formant un angle identique a par rapport à l'horizontale. Ainsi les surfaces en regard 5a et 8a des coins métalliques 5, 8 des platines supérieure 1 et inférieure 2 sont parallèles l'une de l'autre. Chaque coin métallique 8 de la platine inférieure 2 présente sur la surface inclinée 8a un taquet inférieure 8b, un taquet supérieur 8c et deux butées latérales 8d, de façon à former un cadre rectangulaire incliné 8e pour recevoir une plaque d'élastomère 3
Les plaques d'élastomère 3 présentent une structure stratifiée composée de couches alternées d'élastomère en caoutchouc ou en néoprène et de feuilles métalliques parallèles à leurs surfaces supérieures revêtues d'une couche 3a de résine fluorocarbonée (Téflon) légèrement alvéolée. Les plaques d'élastomère 3 sont simplement posées sur les surfaces inclinées 8a des coins métalliques 8 de la platine inférieure 2 avec son côté inférieur en appui sur le taquet inférieur 8b du cadre incliné 8e. Chaque plaque d'élastomère 3 est sous forme parallélépipédique et est disposée avec jeux par rapport aux butées latérales 8d et au taquet supérieur 8c du cadre incliné 8e de la platine inférieure 2.
Les plaques d'élastomère 3 présentent une structure stratifiée composée de couches alternées d'élastomère en caoutchouc ou en néoprène et de feuilles métalliques parallèles à leurs surfaces supérieures revêtues d'une couche 3a de résine fluorocarbonée (Téflon) légèrement alvéolée. Les plaques d'élastomère 3 sont simplement posées sur les surfaces inclinées 8a des coins métalliques 8 de la platine inférieure 2 avec son côté inférieur en appui sur le taquet inférieur 8b du cadre incliné 8e. Chaque plaque d'élastomère 3 est sous forme parallélépipédique et est disposée avec jeux par rapport aux butées latérales 8d et au taquet supérieur 8c du cadre incliné 8e de la platine inférieure 2.
La structure alvéolée de la couche de Téflon 3a constituant la surface supérieure des plaques d'élastomère 3 permet d'emmagasiner un agent de lubrification, tel que l'huile de silicone réduisant le coefficient de frottement entre la couche d'acier inoxydable 6 à la surface inclinée Sa des coins métalliques S de la platine supérieure 1 et la couche de Téflon 3a de l'une des plaques d'élastomère 3.
La liaison métallique entre les platines supérieure 1 et inférieure 2 est assurée exclusivement par l'intermédiaire des plaques d'élastomère 3 dont les surfaces supérieures 3a sont en contact avec les surfaces inclinées Sa de la platine supérieure 1 et dont les surfaces inférieures sont en contact avec les surfaces inclinées 8a de la platine inférieure 2.
En se référant à la figure 2, on peut définir deux axes horizontaux
XX' et YY' perpendiculaires l'un à l'autre et suivant lesquels tous les efforts horizontaux peuvent être décomposés.
XX' et YY' perpendiculaires l'un à l'autre et suivant lesquels tous les efforts horizontaux peuvent être décomposés.
Sous un effort parallèle à l'axe YY', les platines supérieure 1 et inférieure 2 ont tendance à se déplacer l'une par rapport à l'autre horizontalement selon l'axe YY'. Les plaques d'élastomère 3 se déforment alors élastiquement par cisaillement afin d'absorber l'effort horizontal suivant YY'. Lorsque l'effort est terminé, l'élasticité des plaques d'élastomère 3 permet de ramener les platines supérieure 1 et inférieure 2 dans leur position initiale respective. Parallèlement, le faible coefficient de frottement entre l'acier inoxydable et le Téflon permet un léger glissement de la platine supérieure 1 par rapport aux plaques d'élastomère 3 lors d'un effort important suivant YY'.
Lorsque un effort horizontal suivant l'axe XX' est appliqué au dispositif, les platines supérieure 1 et inférieure 2 sont animées d'un mouvement relatif suivant l'axe XX' et sollicitent préférentiellement l'une des deux plaques d'élastomère 3. La plaque d'élastomère 3 sollicitée travaille d'une part en cisaillement suivant un plan incliné a parallèle aux surfaces inclinées Sa et 8a des platines supérieure 1 et inférieure 2, et d'autre part en compression perpendiculairement audit plan incliné de façon à ce que la déformation élastique de l'élastomère absorbe l'énergie créée par l'effort appliqué suivant XX'. L'inclinaison des coins métalliques inférieurs 8 crée en outre une force de rappel à la platine supérieure 1 due à la composante verticale des forces agissant sur la surface inclinée 8a des coins 8.Parallèlement, le contact entre la couche en acier inoxydable 6 du coin métallique 5 de la platine supérieure 1 et la couche en Téflon 3a de la plaque d'élastomère 3 permet un léger glissement entre la platine supérieure 1 et la plaque d'élastomère 3 suivant l'axe XX'. Lorsque l'effort suivant
XX' est supprimé, l'élasticité des plaques d'élastomère 3 ainsi que le faible coefficient de frottement entre l'acier inoxydable et le Téflon permet aux platines supérieure 1 et inférieure 2 de se retrouver en position initiale.
XX' est supprimé, l'élasticité des plaques d'élastomère 3 ainsi que le faible coefficient de frottement entre l'acier inoxydable et le Téflon permet aux platines supérieure 1 et inférieure 2 de se retrouver en position initiale.
En se référant maintenant aux figures 3 et 4, on peut obtenir une modélisation satisfaisante pour le dispositif parasismique en tenant compte des efforts horizontaux générés par les actions sismiques.
Les figures 3 et 4 correspondent au cas d'un effort horizontal F engendré par les actions sismiques et appliqué à la platine supérieure 1 et selon l'axe XX' (voir figures I et 2). Seuls le coin métallique 8 de la platine inférieure 2 et la plaque d'élastomère 3 sollicités par l'effort F sont schématiquement représentés sur les figures 3 et 4 pour ne pas surcharger les dessins.
L'effort total R exercé par la platine supérieure I sur la plaque d'élastomère 3 est constitué par la combinaison de l'effort horizontal F et de la résultante des forces et charges verticales P. Pour le besoin du calcul, l'effort total R peut être décomposé en une composante normale R qui est perpendiculaire à la surface inclinée 8a du coin métallique inférieur 8 et une composante parallèle Rh qui est parallèle à la surface inclinée 8a du coin métallique 8.En désignant a l'angle d'inclinaison de la surface 8a du coin métallique 8 et zip l'angle déterminant le coefficient de frottement (tg(p) entre la surface supérieure 3a en
Téflon de la plaque d'élastomère 3 et l'acier inoxydable 6 revêtant la surface inclinée 5a du coin métallique S de la platine supérieure 1, et en supposant que la somme des efforts horizontaux est nulle, on peut obtenir en se référant à la figure 3 les équations (1) et (2) suivantes
Rhcosa + Rvsina = F (1)
Rh = RVtgp (2)
On peut donc calculer les composantes Ru et Rh de l'effort total R:
Téflon de la plaque d'élastomère 3 et l'acier inoxydable 6 revêtant la surface inclinée 5a du coin métallique S de la platine supérieure 1, et en supposant que la somme des efforts horizontaux est nulle, on peut obtenir en se référant à la figure 3 les équations (1) et (2) suivantes
Rhcosa + Rvsina = F (1)
Rh = RVtgp (2)
On peut donc calculer les composantes Ru et Rh de l'effort total R:
Par ailleurs, la déformation Av de la plaque d'élastomère 3 due à la force de compression Rv peut être définie par la relation suivante::
où a est la contrainte de compression exercée sur la plaque d'élastomère 3 (a = Rv/S, avec S surface supérieure de la plaque d'élastomère); E est le module d'élasticité ou module d'Young de la plaque d'élastomère 3.
où a est la contrainte de compression exercée sur la plaque d'élastomère 3 (a = Rv/S, avec S surface supérieure de la plaque d'élastomère); E est le module d'élasticité ou module d'Young de la plaque d'élastomère 3.
La combinaison des équations (3) et (S) donne:
On peut également définir la déformation Ah de la plaque d'élastomère 3 due à la force de cisaillement Rh par la relation suivante:
où G est le module de cisaillement de la plaque d'élastomère.
où G est le module de cisaillement de la plaque d'élastomère.
La combinaison des équations (4) et (7) donne:
De la figure 4, on peut déduire la relation suivante:
d = Av sina + Ahcosa (9) avec d: déplacement horizontal de la plaque d'élastomère 3 provoqué par la composante transversale F de la force engendrée par l'effet sismique.
d = Av sina + Ahcosa (9) avec d: déplacement horizontal de la plaque d'élastomère 3 provoqué par la composante transversale F de la force engendrée par l'effet sismique.
En prenant en compte les équations (6) et (8), on aboutit à:
Pour une plaque d'élastomère fretté, la valeur du module d'Young
E est de l'ordre de 103 fois la valeur du module de cisaillement G. Le coefficient de frottement tgcp entre le Téflon et acier inoxydable est généralement compris entre 0,02 et 0,04. De plus, l'angle d'inclinaison a de la surface 8a du coin métallique 8 est généralement compris entre 100 et 60.
E est de l'ordre de 103 fois la valeur du module de cisaillement G. Le coefficient de frottement tgcp entre le Téflon et acier inoxydable est généralement compris entre 0,02 et 0,04. De plus, l'angle d'inclinaison a de la surface 8a du coin métallique 8 est généralement compris entre 100 et 60.
cos(psina
Dans ces conditions, on peut négliger le terme dans l'équation (10). Ce qui signifie: E
Dans ces conditions, on peut négliger le terme dans l'équation (10). Ce qui signifie: E
La formule (11) permet de s'affranchir des difficultés de détermination du module d'Young E pour une plaque d'élastomère frettée. On établit ainsi une corrélation satisfaisante entre le dimensionnement de la plaque d'élastomère e, S et le déplacement horizontal d de la plaque d'élastomère sous l'effort horizontal sismique
F.
F.
De préférence, l'angle oc est choisi autour de 30". Etant donné que le coefficient de frottement tg(p est autour de 0,03, on peut encore simplifier l'équation (11) pour aboutir à:
Il n'est pas difficile de définir la rigidité équivalente du dispositif parasismique dans l'axe XX' (figure 2) qui est F/d à partir de l'une des équations (10), (11) et (12).
On peut donner un exemple de dimensionnement des plaques d'élastomère du dispositif parasismique avec les données suivantes:
a =300, tgcp = 0,03, F = 3000 kN, C = 15000 kN/m2
Alors, de l'équation (3), on obtient
a =300, tgcp = 0,03, F = 3000 kN, C = 15000 kN/m2
Alors, de l'équation (3), on obtient
Rv . ou a = , on obtient donc la surface supérieure S de la plaque
S d'élastomère
S d'élastomère
On peut donc dimensionner la plaque d'élastomère sous forme rectangulaire 0,50(m) x Q,76(m). Si l'on prend le module de cisaillement G égal à llOOkN/m2 pour les effets sismiques de longue durée et l'épaisseur e de la plaque d'élastomère égale à 0,084(m), on obtiendra le déplacement horizontal d grâce à l'équation (12):
soit 29,6 mm.Et on peut définir la rigidité équivalente du dispositif:
F/d = 1,01 x 105(kN/m).
soit 29,6 mm.Et on peut définir la rigidité équivalente du dispositif:
F/d = 1,01 x 105(kN/m).
I1 résulte de ce qui précède qu'on peut dimensionner facilement le dispositif parasismique de l'invention en fonction des contraintes mécaniques qu'il doit subir lors d'un séisme dans une zone à sismicité connue par les statistiques. Pour des ouvrages lourds, il est préférable d'associer le dispositif parasismique de l'invention à des appuis sur la tête des piles qui supportent en temps normal la majeure partie des charges de l'ouvrage.
Dans le cas d'une construction de pont ferroviaire par exemple, on tient compte non seulement de l'amplitude des actions sismiques dans la zone géographique où le pont doit être construit, mais également des efforts exercés par des trains sur le tablier du pont, en particulier des efforts de freinage ou de démarrage qui sont dans l'axe longitudinal du tablier et des efforts centrifuges transversaux au tablier du pont lorsque celui-ci décrit une courbe dans le plan horizontal.
il va de soi que pour des zones à sismicité extrêmement faible, des appuis classiques établissant la liaison mécanique entre les piliers de support et le tablier du pont sont tout à fait satisfaisants. ll n'est pas nécessaire dans ce cas de prévoir des dispositifs parasismiques. Le problème est cependant tout à fait différent pour des zones de sismicité plus importantes.
Pour un pont ferroviaire, on tolère généralement un déplacement longitudinal du tablier par rapport aux piliers de support avec une amplitude de quelques millimètres sous l'action des efforts de freinage ou de démarrage. En revanche, les déplacements transversaux du tablier par rapport aux piliers de support sont généralement proscrits.
Dans une zone à sismicité relativement faible où l'amplitude des efforts horizontaux générés par l'action sismique ne dépasse pas les efforts de freinage ou de démarrage des trains sur le pont, le déplacement du tablier par rapport aux piliers de support le long de l'axe du tablier ne dépasse pas les limites tolérées. Dans ce cas, on peut se contenter d'équiper la tête de chaque pilier de deux dispositifs parasismiques de l'invention réagissant essentiellement aux efforts transversaux par rapport à l'axe du tablier comme montré sur la figure 5.
La figure 5 représente une vue de dessus de la tête d'un pilier 9 de pont ferroviaire dont le tablier n'est pas représenté. La tête de pilier 9 est équipée de deux appuis classiques 10 de part et d'autre de l'axe longitudinal YY' du tablier. Les appuis 10 sont des appuis glissants multidirectionnels pour reprendre la réaction verticale du pont. A titre d'exemple, les appuis glissants 10 peuvent présenter les surfaces de contact en acier inoxydablefFéflon horizontalement.
Deux dispositifs parasismiques selon l'invention sont disposés le long de l'axe du tablier. Seules les platines supérieures 1 des dispositifs sont schématiquement représentées. L'axe YY' (voir figure 2) des dispositifs parasismiques est confondu avec l'axe longitudinal du tablier. Comme décrits précédemment, les dispositifs parasismiques permettent ici d'assurer d'une part la protection du pont contre les efforts sismiques transversaux à l'axe du tablier grâce aux déformations élastiques des plaques d'élastomère en cisaillement et en compression, et aux efforts longitudinaux par rapport à l'axe du tablier grâce à la déformation élastique des plaques d'élastomère en cisaillement. Ainsi, l'action sismique qui provoque des mouvements relatifs du tablier par rapport au pilier de support est neutralisée par les dispositifs parasismiques.Lorsque le séisme est terminé, l'élasticité des plaques d'élastomère des dispositifs parasismiques ramène le tablier à sa position d'origine par rapport au pilier de support.
On peut souligner l'intérêt important de l'invention qui consiste à protéger efficacement de façon économique les appuis de support. En effet, si l'amplitude du séisme ne dépasse pas les prévisions, il est bien évident que les appuis 10 sont correctement protégés contre les détérioration lors du séisme. Dans le cas où l'amplitude du séisme dépasse les prévisions, la conséquence directe sera la détérioration des plaques d'élastomère dont les contraintes mécaniques subies dépassent la limite d'utilisation. Les appuis 10 et les platines supérieure et inférieure des dispositifs parasismiques ne subissent pas de dommages.
Il suffira alors de remplacer les plaques d'élastomère détériorées une fois le séisme terminé pour remettre en état les dispositifs parasismiques.
En se référant de nouveau à la figure 5, pour les opérations d'entretien et éventuellement de remplacement des plaques d'élastomère, il est prévu un évidement central 11 de faible profondeur à la tête du pilier 9 pour permettre au personnel d'entretien de s'y installer. Sur le tablier du pont est prévu un passage d'accès à l'évidement 11 du pilier. Quatre vérins hydrauliques ou pneumatique 12 sont prévus sur la tête de pile 9 pour soulever le tablier en rendant ainsi l'entretien des appuis 10 et des dispositifs parasismiques possibles. Une fois les opérations d'entretien terminées, on remet le tablier à sa position initiale en neutralisant les verins 12.
Dans le cas où les efforts horizontaux provoqués par l'action sismique dépassent les efforts de freinage ou de démarrage des trains sur le tablier, on peut prévoir deux dispositifs parasismiques supplémentaires agissant dans le sens longitudinal du tablier.
Autrement dit, l'axe XX' (voir figure 2) des deux dispositifs parasismiques supplémentaires est orienté parallèlement à l'axe longitudinal du tablier. Cela signifie un blocage élastique longitudinal du tablier sous séisme tout en lui permettant un faible déplacement élastique d'amortissement des efforts sismiques.
Si l'on reprend le dispositif parasismique dimensionné ci-dessus pour absorber la composante du séisme dans le sens longitudinal YY' du tablier pour un pont ferroviaire de 140 m qui est soumis à une charge d'exploitation de 60 kN/m, en supposant que les efforts de freinage sont 1500 kN par dispositif et que le module de cisaillement
G est estimé à 2200 kN/m2 pour des actions rapides non cyclique, on peut calculer le déplacement longitudinal du tablier sous efforts de freinage au niveau du dispositif parasismique:
1500(kN) x 0,084(m) 0,03 d = x x -0,0074(m)
2200(kN/m2)x 0,38(m2) 0,61 soit 7,4 mm, déplacement tout à fait admissible.
G est estimé à 2200 kN/m2 pour des actions rapides non cyclique, on peut calculer le déplacement longitudinal du tablier sous efforts de freinage au niveau du dispositif parasismique:
1500(kN) x 0,084(m) 0,03 d = x x -0,0074(m)
2200(kN/m2)x 0,38(m2) 0,61 soit 7,4 mm, déplacement tout à fait admissible.
ll est bien évident que le dispositif parasismique de l'invention peut être utilisé pour tous types d'ouvrages de construction, par exemple des ponts, des plates-formes d'exploitation pétrolière, d'une manière générale des ouvrages de construction nécessitant des appuis sur piliers.
L'invention ne se limite pas non plus à l'exemple décrit avec deux plaques d'élastomère de travail par dispositif. On peut en effet envisager que chaque platine supérieure 1 et inférieure 2 comporte trois, quatre voire cinq coins métalliques qui sont associés à autant de plaques d'élastomère dans le même principe que ce qui est décrit précédemment, les coins métalliques étant disposés sur chaque platine supérieure et inférieure de façon uniforme selon un trajet circulaire,
cela en vue de protéger l'ouvrage contre des efforts sismique s dans les
directions différentes.
cela en vue de protéger l'ouvrage contre des efforts sismique s dans les
directions différentes.
Claims (8)
1. Dispositif parasismique pour ouvrages de construction, caractérisé par le fait qu'il comprend une platine supérieure (1) pourvue d'au moins deux coins métalliques (S) avec leurs surfaces inclinées planes (5a) orientées vers le bas et vers l'extérieur, une platine inférieure (2) pourvue d'au moins deux coins métalliques (8) avec leurs surfaces inclinées planes (8a) orientées vers le haut et vers l'intérieur en regard des surfaces inclinées (5a) de la platine supérieure, et au moins deux plaques d'élastomère (3) disposées entre les surfaces inclinées (5a, 8a) des platines supérieure et inférieure en vue d'établir une liaison mécanique entre lesdites platines.
2. Dispositif parasismique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques d'élastomère (3) présentent une structure stratifiée composée de couches alternées d'un élastomère et des feuilles métalliques.
3. Dispositif parasismique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les surfaces inclinées (5a) de la platine supérieure (1) sont revêtues d'une couche en acier inoxydable (6), et que la surface supérieure (3a) des plaques d'élastomère est constituée par une couche de résine fluorocarbonée.
4. Dispositif parasismique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche de résine fluorocarbonée présente à la surface une structure alvéolaire.
S. Dispositif parasismique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques d'élastomère (3) sont simplement posées sur les surfaces inclinées (8a) de la platine inférieure (2) à l'intérieur d'un cadre (8b, 8c, 8d).
6. Dispositif parasismique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces inclinées (5a, 8a) des platines supérieure (1) et inférieure (2) présentent le même angle d'inclinaison (a) dont la valeur est comprise entre 10 et 600.
7. Dispositif parasismique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il satisfait l'équation suivante:
avec d: déplacement horizontal de la plaque d'élastomère (3) par rapport à la platine inférieure (2) le long d'un axe (XX'),
F: composante horizontale des efforts sismiques agissant suivant l'axe (XX') contre les coins métalliques supérieur (S) et inférieur (8) en liaison avec la plaque d'élastomère sollicitée,
e: épaisseur de la plaque d'élastomère,
S : surface supérieure de la plaque d'élastomère,
a: angle d'inclinaison du coin métallique supérieur (S) par rapport au plan horizontal,
< p: angle de frottement entre la surface inclinée (Sa) du coin supérieur et la surface supérieure (3a) de la plaque d'élastomère (tg < p étant le coefficient de frottement),
E: module d'Young de la plaque d'élastomère,
G: module de cisaillement de la plaque d'élastomère.
8. Dispositif parasismique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il satisfait l'équation suivante:
Fe sin < pcosa
d =-x
GS sin(o p) avec d: déplacement horizontal de la plaque d'élastomère (3) par rapport à la platine inférieure (2) le long d'un axe (XX'),
F: composante horizontale des efforts sismiques agissant suivant l'axe (XX') contre les coins métalliques supérieur (S) et inférieur (8) en liaison avec la plaque d'élastomère sollicitée,
e: épaisseur de la plaque d'élastomère,
S: surface supérieure de la plaque d'élastomère,
a: angle d'inclinaison du coin métallique supérieur (5) par rapport au plan horizontal dont la valeur est comprise entre 10 et 600,
< p: angle de frottement entre la surface inclinée (Sa) du coin supérieur et la surface supérieure (3a) de la plaque d'élastomère (tg < p étant le coefficient de frottement compris entre 0,02 et 0,04),
E: module d'Young de la plaque d'élastomère,
G: module de cisaillement de la plaque d'élastomère avec G/E de l'ordre de 10-3.
9. Dispositif parasismique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on vérifie la relation suivante:
Fe sincp
d = x
GS tg(a+ < p)
avec d: déplacement horizontal de la plaque d'élastomère (3) par rapport à la platine inférieure (2) le long d'un axe (XX'),
F: composante horizontale des efforts sismiques agissant suivant l'axe (XX') contre les coins métalliques supérieur (5) et inférieur (8) en liaison avec la plaque d'élastomère sollicitée,
e: épaisseur de la plaque d'élastomère,
S : surface supérieure de la plaque d'élastomère,
a: angle d'inclinaison du coin métallique supérieur (5) par rapport au plan horizontal dont la valeur est sensiblement égale à 300,
< p: angle de frottement entre la surface inclinée (Sa) du coin supérieur et la surface supérieure (3a) de la plaque d'élastomère (tg < p étant le coefficient de frottement sensiblement égal à 0,03),
E: module d'Young de la plaque d'élastomère,
G: module de cisaillement de la plaque d'élastomère avec G/E de l'ordre de 10-3.
10. Dispositif parasismique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les coins métalliques (S, 8) des platines supérieure (1) et inférieure (2) sont associés par paire et répartis angulairement de façon uniforme le long d'un trajet circulaire horizontal.
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