Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

L’utilisation de l’aluminium dans la construction de ponts routiers apporte une combinaison de légèreté, de résistance et de durabilité qui en fait une option attrayante pour les ingénieurs-concepteurs à la recherche de solutions modernes pour le design de nouvelles structures ou la réfections des ponts vieillissants. Une solution prometteuse d'utilisation de l'aluminium dans les ponts est l'utilisation de tabliers extrudés en aluminium. Étant plus léger que les platelages plus traditionnels en bois ou en béton, ces structures sont plus susceptibles aux vibrations et possèdent donc un comportement dynamique différents. Le présent projet de recherche vise à étudier le comportement dynamique des ponts à platelage d’aluminium sur poutres d’acier en vue d’évaluer les facteurs d’amplification dynamique observés sur ces structures à la suite du passage de camions lourds. Ce projet de recherche vise à mettre les bases d’une étude détaillée visant à évaluer l’applicabilité des coefficients de majoration dynamique spécifiés par les normes de conception américaine et canadienne et utilisés pour le dimensionnement de ce type de structure au Canada. Le pont de St-Ambroise, constitué d’un platelage d’aluminium extrudé posés sur cinq poutres principales en acier est ici étudié. Plus précisément, un modèle numérique par éléments finis d’interaction pont-véhicule couplant le camion H20-44 américain à la structure du pont de St-Ambroise et intégrant des profils de rugosité de la chaussée est développé sous l’environnement COMSOL. Des simulations en régime statique et dynamique sont ensuite effectuées dans le but d’évaluer le comportement dynamique de la structure. Finalement, les résultats des simulations réalisés à l’aide de ce modèle ont été comparés aux résultats d’essais dynamiques in situ réalisés en 2015 par le Ministère des Transport et de la Mobilité durable du Québec sur la structure du pont de St-Ambroise. Il est démontré que le comportement du modèle numérique permet d’obtenir des facteurs d’amplification semblables à ceux obtenus sur le terrain. Bien que peu de cas de chargement différents aient finalement pu être réalisés dans le cadre de ce projet de recherche, les facteurs d’amplification dynamique obtenus pour les cas étudiés sont inférieurs à ceux prescrits par les normes de dimensionnements pour ce type de structure.

The use of aluminium in the construction of road bridges brings a combination of lightness, strength and durability that makes it an attractive option for engineers and designers seeking modern solutions for designing new structures or refurbishing aging bridges. One promising solution for using aluminium in bridges is the use of extruded aluminium decks. Being lighter than more traditional decking materials like wood or concrete, these structures are more susceptible to vibrations and thus exhibit different dynamic behavior. The current research project aims to study the dynamic behaviour of bridges with aluminium deck on steel beams in order to assess the dynamics amplification factors observed in these structures following the passage of heavy trucks. This research project seeks to lay the groundwork for a detailed study aimed at evaluating the applicability of dynamic amplification factors specified by American and Canadian design standards, which are used for the design of this type of structure in Canada. The St-Ambroise Bridge, consisting of an extruded aluminum deck placed on five main steel beams, is studied here. Specifically, a finite element numerical model of bridge-vehicle interaction coupling the American H20-44 truck with the structure of the St-Ambroise Bridge and incorporating road roughness profiles is developed using the COMSOL environment. Simulations in static and dynamic regimes are then carried out to evaluate the dynamic behavior of the structure. Finally, the results of simulations conducted using this model are compared to the results of in-situ dynamic tests carried out in 2015 by the “Ministère des Transports et de la Mobilité durable du Québec” on the St-Ambroise Bridge structure. It is demonstrated that the behavior of the numerical model yields amplification factors similar to those obtained in the field. Although only a few different loading cases were ultimately realized within the scope of this research project, the dynamic amplification factors obtained for the studied cases are lower than those prescribed by the sizing standards for this type of structure.