Seismic performance and fragility assessment of ductile light non-structural components in nonlinear structures: from peak demand factors to loss estimation

Résumé

Les pertes associées à la défaillance des composants non structuraux (CNS) lors des séismes représentent entre 70 à 85% de l'investissement total en construction, constituant ainsi la principale source de pertes économiques après un séisme. Malgré cette importance, les approches de conception conventionnelles ne tiennent pas adéquatement compte des différents niveaux de ductilité des ancrages et des dispositifs de fixation des CNS. Elles reposent généralement sur des facteurs empiriques simplifiés, sans considération explicite du comportement inélastique des composants. Afin de combler cette lacune, la présente thèse propose un cadre analytique en quatre volets visant à réduire simultanément les sollicitations sismiques et les coûts de réparation des CNS légers ductiles, au moyen de méthodologies de conception basées sur la performance et intégrant explicitement l’inélasticité des composants. Dans un premier temps, des facteurs dépendants de la ductilité (Ar/RP, IVR et IDR) sont dérivés et calibrés à partir d'analyses temporelles linéaires réalisées sur quatre portiques‐types en béton armé à ductilité modérée (3, 6, 9 et 12 étages) soumis à 24 accélérogrammes ajustés au spectre de réponse d'aléa sismique uniforme de catégorie C de Montréal. Les résultats indiquent une diminution de 40 à 60% des accélérations, des vitesses et des déplacements de plancher lorsque la ductilité des CNS passe de μ = 1,0 à μ ≈ 2,0 en régime de résonance. Dans la deuxième étape, une Analyse Dynamique Incrémentale (IDA) est appliquée pour évaluer l’effet combiné de la non-linéarité structurelle et de la résonance avec les trois premiers modes structuraux (T₁, T₂, T₃) sur la fragilité des CNS. Les réponses inélastiques réduisent les accélérations de plancher médianes jusqu'à 110% par rapport aux prédictions élastiques et décalent les probabilités de dépassement d'état de dommage, définies selon les directives Hazus, vers des intensités plus élevées, en particulier pour les composants accordés sur le premier mode. Dans la troisième étape, les courbes de fragilité sont intégrées dans le cadre de la méthodologie de la FEMA P-58 afin d'estimer les coûts directs de réparation de deux composants représentatifs : les plafonds suspendus installés en toiture et aux étages intermédiaires et les refroidisseurs installés en toiture. L’utilisation d’ancrages améliorés, notamment des contreventements multidirectionnels pour les plafonds et des dispositifs de retenue sismique pour les refroidisseurs, multiplie les seuils d'amorçage de dommage par 3 à 5 pour les plafonds et par 1,3 pour les refroidisseurs, réduisant les coûts de réparation attendus jusqu'à 95% et 17%, respectivement, à 1,5 g d’accélération de plancher. Les pertes sont concentrées en toiture où les coûts sont 30 à 60% plus élevés qu'aux étages intermédiaires; les plafonds affichent des ratios de perte de 1,5 à 2% de la valeur de remplacement du bâtiment, tandis que les refroidisseurs restent inférieurs à 0,55% de cette valeur, reflétant leur impact économique plus faible malgré leur importance fonctionnelle critique pour les opérations du bâtiment. Dans la quatrième étape, les effets conjoints de la non-linéarité structurelle et du comportement inélastique des CNS sont évalués au moyen d′analyses temporelles non linéaires intégrant les déplacements de plastification des étages dérivés d’analyses pushover. Les résultats montrent des réductions d’accélération de plancher de 67 à 78% pour les CNS élastiques et de 9 à 64% pour les CNS ductiles par rapport aux prédictions obtenues pour les structures élastiques. Les facteurs de force des composants (SP) proposés identifient une ductilité modérée (μcomp ≈ 1,5) comme cible de conception optimale (SP = 3,4 en toiture vs. 4,0 pour les ancrages élastiques), tandis que la comparaison avec les exigences du Code national du bâtiment du Canada 2020 (CNB 2020) révèle que les dispositions actuelles ainsi que leurs variantes (celles récemment approuvées du CNB 2025) sous-estiment les demandes en toiture jusqu'à 35% pour les bâtiments de hauteur moyenne à élevée. Collectivement, ce cadre en quatre étapes fournit des outils de conception pratiques, des facteurs de modification basés sur la ductilité, et des fonctions de fragilité et facteurs de force des composants, permettant de réduire les sollicitations sismiques des CNS de 40 à 60% et les coûts de réparation jusqu'à 95% pour les plafonds suspendus et 17% pour les refroidisseurs, tout en comblant les lacunes critiques des dispositions actuelles du CNB pour les bâtiments de hauteur moyenne à élevée.

Date	18 févr. 2026
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Rola Assi (Directeur(-trice))