Modélisation et calcul de ponts en maçonnerie assisée soumis aux aléas naturels

Modeling and computation of running bond masonry bridges under natural hazards loadings

• Auteur / Autrice : Pierre-Jean Tisserand
• Direction : Frédéric Ragueneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 14/12/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)
• Jury : Président / Présidente : Eric Vincens
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Davenne, Panagiotis Kotronis, Cédric Giry, Fernando Lopez-Caballero, Thi Thanh Huyen Nguyen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Davenne, Panagiotis Kotronis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Risque

Fragilité

Ponts en maçonnerie

Maçonnerie

Mots clés libres

Maçonerie

Pont

Loi de comportement

Sismique

Fragilité

Aléas naturels

Masonry

Bridge

Material model

Seismic

Fragility

Natural hazards

Résumé

Le réseau ferré français est constitué de composants d'infrastructures, dont les ponts en maçonnerie assisée, qui sont parmi les plus anciens et les plus nombreux. Ces derniers sont vieillissants et subissent une évolution constante du trafic et des charges ferroviaires. De plus, les aléas naturels, comme les aléas sismiques, s'avèrent être des facteurs importants de risque pour les circulations ferroviaires et les usagers.Dans le but de construire des politiques de gestion des risques efficaces et cohérentes, il est nécessaire de comprendre et de modéliser le comportement et la dégradation des ponts en maçonnerie assisée sous sollicitations d'aléas naturels.La modélisation de ponts en maçonnerie assisée demande d'abord la formulation d'une loi de comportement représentant la maçonnerie assisée sous sollicitations cycliques complexes. Elle se base une élasticité orthotrope et un endommagement décomposé en trois plans orthogonaux, couplés à un frottement interne.Ensuite une méthodologie et des outils de modélisation des ponts en maçonnerie sont proposés. Après, des stratégies de calcul sous sollicitations d'aléas naturels sont présentées. Un premier développement montre l'application de calculs sur base modale pour déterminer le comportement et la dégradation de ponts en maçonnerie sous chargements sismiques.Pour cela, un modèle d'oscillateur simple représentant le comportement d'un pont en maçonnerie sous sollicitation modale est formulé. Un second développement montre comment d'autres sollicitations d'aléas naturels peuvent être considérées.Enfin, le calcul des fragilités est expliqué, illustrant ainsi les potentielles utilisations, pour l'ingénierie, de ces travaux.

The railway network is composed of infrastructure components, in which masonry bridges are among the oldest and most numerous. These are aged and suffer from steadily increasing traffic and loadings. In addition, natural hazards, such as seismic hazards, represent important risk factors for rail transport and users.In order to build effective and coherent risk management policies, it is necessary to understand the behavior and degradation of running bond masonry bridges under natural hazards loadings.The modeling of masonry bridges first requires a material model to represent running bond masonry under complex cyclic loadings. It is based on orthotropic elastic relationships and a damage model decomposed on three orthogonal planes, coupled with internal sliding.Then a methodology and tools for modeling masonry bridges are presented. After, computation strategies for masonry bridges under different natural hazards loadings, overall under seismic ones, are determined. A first development shows the application of modal-based computation to determine the behavior and degradation of running bond masonry bridges under seismic loadings. A simple oscillator model is formulated in order to represent the behavior of a masonry bridge under modal loadings. A second development shows how other natural hazards loadings can be considered.Finally, the computation of fragility is explained, which illustrates potential engineering use.