these-PA2005

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• Publié par: Vewyig
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• Langue: Français

Extrait

Sujet de thèse

Année universitaire 2004/2005

Laboratoire

:

LAMI

ENPC/LCPC

Directeur de thèse :

Pierre Argoul

Tél. : [phone] mail:

[e-mail]

Autre chercheur impliqué

:

Silvano Erlicher

Tél. : [phone] mail:

[e-mail]

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.