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Sujet de thèse Année universitaire 2004/2005 Laboratoire : LAMI ENPC/LCPC Directeur de thèse : Pierre Argoul Tél. : 01 64 15 37 24 mail: argoul@lami.enpc.fr Autre chercheur impliqué : Silvano Erlicher Tél. : 01 64 15 36 22 mail: erlicher@lami.enpc.fr Lieu : Champs sur Marne Ecole doctorale : MODES Etablissement d'inscription : ENPC Titre du sujet : Vibrations et amortissement des passerelles souples Description détaillée du sujet : Contexte Des oscillations inattendues et indésirables de grande amplitude, survenues lors de l’inauguration de la passerelle du « Millennium Footbridge » à Londres en 2000, provoquées par l’excitation induite par les piétons ont montré que les connaissances actuelles sur le comportement dynamique de ces structures légères et faiblement amorties au passage de piétons sont encore insuffisantes. De nombreuses études ont été engagées pour comprendre la manière dont se développent les vibrations verticales, horizontales et de torsion des passerelles. Mais l'on ne dispose toujours pas de modèles dynamiques de piétons (notamment de modèles de foule) qui soient fiables sans être excessivement conservateurs. En effet, les piétons constituent la force agissante sur la structure, mais ils réagissent aussi aux vibrations provoquées par eux-mêmes. Donc, pour élaborer un modèle de charge dynamique des piétons, il faut prendre en compte : (i) la perception humaine des vibrations verticales et latérales; ...

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Langue Français
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Sujet de thèse
Année universitaire 2004/2005
Laboratoire
:
LAMI
ENPC/LCPC
Directeur de thèse :
Pierre Argoul
Tél. : 01 64 15 37 24 mail:
argoul@lami.enpc.fr
Autre chercheur impliqué
:
Silvano Erlicher
Tél. : 01 64 15 36 22 mail:
erlicher@lami.enpc.fr
Lieu :
Champs sur Marne
Ecole doctorale :
M
ODES
Etablissement d'inscription :
ENPC
Titre du sujet :
Vibrations et amortissement des passerelles souples
Description détaillée du sujet :
Contexte
Des oscillations inattendues et indésirables de grande amplitude, survenues lors de l’inauguration de la
passerelle du « Millennium Footbridge » à Londres en 2000, provoquées par l’excitation induite par les
piétons ont montré que les connaissances actuelles sur le comportement dynamique de ces structures légères
et faiblement amorties au passage de piétons sont encore insuffisantes.
De nombreuses études ont été engagées pour comprendre la manière dont se développent les vibrations
verticales, horizontales et de torsion des passerelles. Mais l'on ne dispose toujours pas de modèles
dynamiques de piétons (notamment de modèles de foule) qui soient fiables sans être excessivement
conservateurs. En effet, les piétons constituent la force agissante sur la structure, mais ils réagissent aussi
aux vibrations provoquées par eux-mêmes. Donc, pour élaborer un modèle de charge dynamique des
piétons, il faut prendre en compte : (i) la perception humaine des vibrations verticales et latérales; (ii) la
réaction humaine aux vibrations verticales et latérales, notamment le phénomène dit de « synchronisation ».
Les concepts usuel du contrôle actif de type « feedback » peuvent être appliqués pour interpréter
l’interaction piétons-structure [1-2]: les piétons sont alors vus comme des actionneurs spéciaux qui se
déplacent sur la structure ; ils jouent aussi le rôle de capteurs (mobile) des vibrations et de contrôleurs (qui
se comportent selon un algorithme de contrôle « humain »). Newland [1] définit alors un amortissement
minimum permettant d’assurer la stabilité de la passerelle sous chargement stationnaire de la foule, en
s’appuyant sur un modèle simplifié du système passerelle+piétons (modèle à 1DDL et hypothèse de
linéarité de la structure et du piéton (contrôleur)). La solution proposée pour le pont du Millénium est
l’augmentation de l’amortissement au moyen de techniques de contrôle passif (grand nombre d’amortisseurs
visqueux linéaires (37) et amortisseurs de masse accordée (50)).
But de la thèse
La recherche proposée a pour objectifs principaux:
L'identification de critères pertinents définissant le confort des piétons (ou des cycles) sur les
passerelles, quel que soit le matériau structural utilisé ;
L'élaboration d'un (ou de plusieurs) modèle(s) dynamique(s) de foule utilisable(s) conjointement avec
les précédents critères pour aboutir à des règles de dimensionnement fiables.
Elle s’appuiera sur:
L’analyse du comportement dynamique du système passerelle+piétons en conditions d’excitation
stationnaire et non-stationnaire, c’est-à-dire lorsque le flux de la foule sur la structure n’est pas continu
(seulement de petits groupes de piétons marchant simultanément ou bien dans le cas où trois ou quatre
personnes essayant délibérément d’augmenter les vibrations de la passerelle – « vandal loading »).
L’amortissement joue un rôle essentiel pour limiter les effets négatifs des piétons. On s’intéressera donc
à l’identification de l’amortissement des passerelles pour plusieurs modes de vibrations, notamment en
condition de chargement non-stationnaire. L’analyse des signaux pourra être fondée sur l’utilisation,
entre autre, de techniques temps-fréquence (bien adaptées aux conditions de non-stationnarité), comme
la Transformée en Ondelettes continue et la Transformée de Wigner [3, 4, 5].
Les résultats attendus sont: (i) un modèle de chargement de foule qui améliore ceux actuellement proposés
dans les EuroCodes; (ii) l’optimisation de l’identification de l’amortissement des passerelles en conditions
non-stationnaires.
Ces analyses pourraient se faire à partir de données de vibration enregistrées sur différents ouvrages
existants ou en projet (passerelle de Bercy), (collaboration avec l’université de Rome Tor Vergata).
Références
[1] D. E. Newland (2003), Vibration of the London Millennium Footbridge: cause and cure, International
Journal of Acoustic and Vibration, 1-8.
[2] S. Zivanovic, A. Pavic, P. Reynolds (2005) Vibration serviceability of footbridges under human-induced
excitation: a literature review. Journal of Sound and Vibration, 279, 1-74.
[3] P. Argoul, T.P. Le (2003) Instantaneous indicators of structural behaviour based on the continuous
Cauchy Wavelet analysis. Mechanical Systems and Signal Processing, 17, 243-250.
[4] P. Argoul, S. Erlicher (2005) On the use of continuous wavelet analysis for modal identification. In:
Novel approaches in Civil Engineering, Eds. F. Maceri, M. Frémond, Springer (in press).
[5] R. Ceravolo (2004), Use of instantaneous estimators for the evaluation of structural damping, Journal of
Sound and Vibration, 274, 385-401.