Enhancing resilience and self-centering of reinforced concrete single and coupled shear walls with externally bonded fibre reinforced polymer composites

Résumé

Les murs de cisaillement isolés (MCI) et les murs de cisaillement couplés (MCC) sont des éléments cruciaux en génie sismique pour améliorer la capacité d'une structure à résister aux forces sismiques. Ces structures sont soigneusement conçues pour résister aux forces latérales des tremblements de terre tout en conservant la ductilité et en fournissant une rigidité suffisante pour transmettre ces forces à la fondation. De plus, ils peuvent dissiper l'énergie sismique en formant des rotules plastiques sous charges cycliques de mouvement du sol. La conception de murs de cisaillement efficaces nécessite une attention méticuleuse aux détails. Un principe de conception crucial pour les murs de cisaillement plus grands est de garantir que la rupture par flexion ait lieu avant la rupture par cisaillement. Dans la conception des MCC, une attention particulière est accordée aux poutres de couplage (PC), qui sont des éléments essentiels pour transférer les forces de cisaillement entre les murs. Ces poutres sont conçues pour éviter de subir une rupture en cisaillement afin de maintenir leur intégrité et leur fonctionnalité. En même temps, elles sont conçues de manière stratégique pour permettre la formation de rotules plastiques à leurs extrémités, incarnant le concept de poutre faible - colonne forte. Bien que la création de rotules plastiques dans les murs de cisaillement puisse dissiper une quantité significative d'énergie sismique, elle peut également entraîner un déplacement résiduel dans ces composants essentiels. Les effets persistants de ces déplacements peuvent poser des défis quant à l'intégrité structurelle des bâtiments après un tremblement de terre. Par conséquent, pour améliorer la fonctionnalité des bâtiments et minimiser les coûts liés aux dommages dus aux tremblements de terre, il est essentiel de développer une stratégie efficace qui réduise le déplacement résiduel dans les murs de cisaillement existants. La présente étude propose une configuration de renforcement efficace pour les murs de cisaillement situés à Vancouver et à Montréal, qui représentent respectivement les zones sismiques de l'ouest et de l'est du Canada. L'approche suggérée implique l'utilisation de polymères renforcés de fibres collés en surface (PRFCS) pour améliorer la capacité de recentrage, minimisant ainsi le déplacement résiduel dans les murs après les mouvements sismiques du sol. Le déplacement permanent dans les murs de cisaillement a été mesuré en utilisant le rapport de déformation résiduelle inter-étages (RDRI). Une analyse non linéaire temporelle (ANLT) utilisant le logiciel RUAUMOKO 2D a été utilisée pour évaluer le RDRI dans ces murs. Pour répondre aux exigences en matière de risque sismique spécifiées par le CNRC 2020, 15 mouvements du sol ont été sélectionnés pour Vancouver et 11 pour Montréal, ensuite mis à l'échelle au niveau de risque sismique requis (2% par 50 ans). Dans chaque mur de cisaillement, le point de référence pour le déplacement résiduel a été établi en sélectionnant la valeur maximale moyenne de RDRI. Dans la phase suivante, trois stratégies de renforcement différentes utilisant des composites en PRFCS ont été mises en oeuvre dans les murs de cisaillement, et leurs valeurs RDRI résultantes ont été comparées aux valeurs de contrôle. Pour créer des prototypes conformes aux spécifications du CNRC 2020 et du CSA A23.3-19, dans un premier temps, quatre modèles de MCC ont été conçus à Montréal et à Vancouver, variant de 15 à 20 étages, ont été renforcées à l'aide de bandes PRFCS verticales et horizontales pour augmenter leur résistance en flexion et en cisaillement. Les poutres de couplage ont été renforcées avec des enveloppes et des bandes PRF supplémentaires pour augmenter leur confinement et leur résistance en flexion, respectivement. Dans la prochaine étape, quatre MCI ont été conçus et évalués avec la même hauteur et la même zone. Les murs ont été renforcés avec trois configurations différentes de feuilles PRFCS verticales associées à des enveloppes en PRF augmentant leur résistance au cisaillement. L'étude a montré que toutes les stratégies proposées ont réussi à réduire efficacement le déplacement résiduel dans les murs de cisaillement. Notamment, l'utilisation de trois couches de PRFCS sur les extrémités des murs et l'enveloppement des zones de rotules plastiques ont eu un impact significatif sur l'amélioration de la performance des murs. De plus, l'enveloppement des poutres de couplage et l'augmentation de leur résistance en flexion dans les murs couplés ont réduit efficacement le déplacement résiduel. De plus, les résultats ont mis en évidence que l'intégration de PRFCS dans les MCC était plus efficace que dans les MCI. De plus, il a été observé que, à mesure que la hauteur du mur augmentait, l'efficacité de la méthode proposée pour réduire le déplacement diminuait. Fait intéressant, les MCI à Montréal ont montré une performance presque élastique et n'ont pas nécessité de renforcement. En revanche, les murs de cisaillement affectés par les importants tremblements de terre de Cascadia ont présenté les déplacements résiduels les plus élevés post-séisme.

Date	8 sept. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Omar Chaallal (Directeur(-trice))