Sélection des paramètres du système d'isolation sismique pour le proche

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 14734 (2022) Citer cet article

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Les avantages de l’isolation sismique sont nombreux. Les structures isolées du sol sont plus performantes sur le plan sismique que celles qui ne le sont pas. Ils subissent des accélérations et des dérives réduites au sol et sont moins susceptibles de subir des dommages aux éléments structurels. De plus, leur contenu est mieux protégé des effets des tremblements de terre. La sélection et la conception de dispositifs d’isolation sismique sont complexes et nécessitent une bonne compréhension de leur comportement lors des tremblements de terre. Cette étude étudie l'effet de divers paramètres du système d'isolation et des caractéristiques du mouvement du sol sur la réponse sismique des structures isolées de base afin de développer des procédures rationnelles de conception et d'analyse. De plus, l'étude examine le problème de la conception optimale des systèmes d'isolation sismique grâce à une analyse dynamique paramétrique non linéaire. Les résultats ont montré que le cisaillement et le déplacement maximum de la base étaient sensibles à la vitesse et que la vitesse maximale du sol contrôlait le mouvement. Le cisaillement de base maximal le plus important s'est produit lors de l'utilisation de systèmes d'isolation avec des niveaux de limite d'élasticité élevés et de faibles degrés de non-linéarité, tandis que le cisaillement de base maximal le plus faible s'est produit lors de l'utilisation de niveaux de limite d'élasticité faibles et de degrés de non-linéarité élevés. Les résultats de l’étude peuvent être utilisés pour sélectionner les dispositifs d’isolement appropriés et les concevoir correctement pour obtenir les avantages qu’ils procurent.

Le matériel complémentaire de protection structurelle développé pour protéger les structures soumises aux tremblements de terre1,2 est regroupé en trois grands domaines : l'isolation de base, la dissipation d'énergie passive et le contrôle actif. Des dispositifs de contrôle passif ont été utilisés avec succès pour réduire la réponse dynamique de structures soumises à de graves tremblements de terre ; leur première utilisation a commencé depuis les années 1970. Les dispositifs dissipateurs d'énergie peuvent être classés en trois catégories3 : les amortisseurs visqueux et viscoélastiques, les amortisseurs métalliques et les amortisseurs à friction.

L’isolation sismique est une technique relativement nouvelle de conception résistante aux séismes des bâtiments, des structures de ponts et des centrales nucléaires4. Cependant, l’idée d’isolation vibratoire existait dès le début du \(20^{th}\) siècle ; après différentes étapes et développements, notamment au cours des 30 dernières années, cette technique est devenue une réalité pratique avec l'invention de différents dispositifs d'isolation sismique.

Le principe de l'isolation sismique est d'assurer une discontinuité entre deux corps en contact afin que le mouvement de l'un ou l'autre corps dans la direction de la discontinuité ne puisse être entièrement transmis ; cela se traduit par une réduction significative de l'accélération du sol et des dérives entre les étages. Par conséquent, protégeant le précieux contenu et les composants du bâtiment. Pour ses excellentes performances, aux États-Unis, au Japon, en Italie et en Nouvelle-Zélande. La technique d’isolation sismique a désormais progressé au point où elle est souvent envisagée pour la protection des bâtiments tant nouveaux qu’existants5.

Les bâtiments contemporains contiennent des équipements et des contenus très coûteux qui doivent être protégés contre les tremblements de terre et être opérationnels après de fortes secousses du sol ; ces bâtiments sont ceux destinés à la recherche, aux soins de santé, aux télécommunications, aux centrales nucléaires, etc. Les bâtiments construits selon les anciens codes sismiques, avec des approches de conception résistantes conventionnelles telles que des murs de cisaillement, des cadres contreventés et des cadres résistants aux moments, ne peuvent pas protéger les précieux équipements qui contiennent ces bâtiments.

L'isolation sismique n'a pas pour but d'améliorer la capacité d'un bâtiment, mais est plutôt considérée comme un moyen de réduire la demande sismique sur la structure.

La plupart des bâtiments et ponts existants utilisent des appuis en élastomère, l'élastomère étant soit du caoutchouc naturel, soit du néoprène, soit des appuis coulissants, la surface de glissement étant en téflon et en acier inoxydable. Par conséquent, les systèmes d’isolation peuvent être divisés en deux catégories : la première catégorie comprend la famille des roulements en élastomère6,7, dans laquelle on retrouve le système de roulements en caoutchouc à amortissement élevé (HDRB), le système de roulements en caoutchouc au plomb (LRB) et d'autres systèmes. La deuxième catégorie comprend la famille des paliers lisses, dans laquelle on retrouve le système pendulaire à friction (FPS)8 et le palier lisse9 avec et sans système sans recentrage (SI), entre autres10.