cours de projet de pont - actions 1 Cours de Projet de Pont Actions du vent
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Cours de Projet de PontActions du vent
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NF EN 1991 -Eurocode 1
Actions sur les structuresPartie 1-4 :
Actions du vent
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SOMMAIREAvant-proposSection 1 – GénéralitésSection 2 – Situations de calculSection 3 – Modélisation des actions du ventSection 4 – Vitesse et pression aérodynamiqueSection 5 – Actions du vent Section 6 – Coefficient structural cscdSection 7 – Coefficients de pression et de forceSection 8 – Actions du vent sur les ponts
Annexe A (I) – Effets du terrainAnnexe B (I) – Procédure 1 de détermination du coefficient
structural cscdAnnexe C (I) – Procédure 2 de détermination du coefficient
structural cscdAnnexe D (I) – Valeurs cscd pour les différents types de structuresAnnexe E (I) - Détachedment tourbillonnaire et instabilités
aéroélastiquesAnnexe F (I) - Caractéristiques dynamiques des structures
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Vent et pression dynamique
20,
2 )..(21
21
bseasondirbb vccvq
0,bv
Réduction pour direction de vent peu fréquente
Réduction pour construction temporaire
Vitesse de base
Vitesse moyenne, à 10 m au dessus du sol, en rase campagne ; période de retour 50 ans – Carte nationale
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Carte de la valeur de base de la vitesse de référence en France métropolitaine
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Le vent est caractérisé par une partie dite de vent moyen et d’une partie fluctuanteDite vent turbulent:V(t)= Vm + Vt(t)L’EC utilise des bases de données d’essai pour réduire cette écriture à une formulation condensée V(t)max= Vm multiplié par un coefficient intégrant l’exposition (fonction de la hauteur)Ainsi l’écriture réelle dans la quelle apparaissent les coefficients aérodynamiques (trainée, portance) est condensée sous une forme voisine:Fwx=1/2 ρ vb² c Aref,x où c= ce cf,x et si on revient à l’écriture conventionnelle de la pression dynamique (vm + vent turbulent)qp= Fwx /Aref,x = ½ ρ Cx Um²+ ½ ρ C (ut²+ 2 ut Um) Les effets de turbulence dépendent de l’échelle de l’ouvrage dans le site.L’approche de l’EC est statistiquement valable car il fournit une approche probable mais qui ne donne pas forcément des résultats correspondant à l’effet maximal. Des annexes permettent la prise en compte de phénomènes pouvant apparaître: galop(couplage flexion torsion), tourbillon de Karman (alternance de pression et dépression latérales)…..Des essais peuvent donc être nécessaires afin de vérifier certains comportements de la structure: non linéarité éventuelle, problème de stabilité de forme.
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Coefficient d’exposition
)(71)()( 2
zckkzczc
r
rlre
Coefficient de rugosité
0
)(zzLnkzc rr
07,0
,0
019,0
IIr z
zk
Vitesse moyenneà la cote z
brm vzczv )()(
)(
21)()( 2 zvzczq mep
Pression de pointeà la cote z
Vitesse moyennede référence (10m)
Sol de cat II
bv
Paramètre de rugosité0z
maxmin zzz
De la vitesse moyenne de base à la pression de pointe à la cote z
kl = Coefficient deturbulence (=1,0)
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Catégorie I :Bord de lacs, zones sans obstacles avec une végétation négligeable
Catégorie II :Zones avec une végétation basse et des obstacles isolés (arbres, bâtiments) espacés d ’au moins 50 fois leur hauteurCatégorie III :Zones avec un couvert régulier de végétation ou de bâtiments ou d’obstacles isolés espacés d’au plus 20 fois leur hauteur (villages, forêt permanente)Catégorie IV :Zones dont au moins 15% de la surface est construite, avec des bâtiments dont la hauteur moyenne dépasse 15 mètres
Catégories de rugositéde terrains
(EN 1991-1-4, Annexe A)
Catégorie 0 :Mer, côte en bordure de mer ouverte
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Rugosité 0 (mer) et IV (ville)
Rugosité IIIa (campagne avec haies)
Rugosité II (aéroport)
Rugosité IIIb (bocage dense)
Rugosité II (rase campagne)
Rugosité IIIb(zone industrielle)
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Rugosité IV (forêt)
Rugosité IV (ville - a)
Rugosité IV (ville - b)
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Annexe nationale
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Catégorie de terrain
z0 (m) zmin (m)
0 0,003 1
I 0,01 1
II 0,05 2
III 0,3 5
IV 1,0 10
zmax = 200 m
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z en mètreshauteur
au-dessusdu sol
ce(z) coefficient d’exposition(sans effet d’orographie)
catégories de terrain
1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
IV III II I 0
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Annexe nationale
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Actions du vent turbulent
Pressions aérodynamiques sur les parois
peepe czqw ).( piipi czqw ).(
).(.).( dsreffepw ccAczqF
Pression extérieure Pression
dynamique de pointe (à la cote de référence ze
Coefficient de pression ou de force
(Chap. 7 et 8)
Pression intérieure
Aire de référence
Coefficient structural
Forces aérodynamiques
et
qp=ce(z)qb
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)(
21)()( 2 zvzczq mep
Pression dynamique de pointe à la cote z
ce(z) coefficient d’exposition
)(7
1)()( 2
zckk
zczcr
rlre
3/25,1 mkg
Forces aérodyna-miques
)(,,, epxfdsxrefxw zqcccµµAF
Coefficientde force
Coefficientstructural
Aire de référence
2
21
bp vq
Pression dynamique de base
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¨ Champ d’application pour les ponts
• Ponts dont la portée déterminante est inférieure à 200 m (sous réserve de stabilité aérodynamique)
• Tabliers uniques de hauteur constante et de section « classique »
• Ne sont pas (totalement ou partiellement) couverts :
• les vibrations de torsion,
• les vibrations des tabliers dues à la turbulence transversale du vent
• les ponts à câbles, les ponts en arc, les ponts avec toiture, les ponts mobiles, etc.
• les vibrations excitant d’autres modes que le mode fondamental.
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Exemples de sections
couvertes par l’Eurocode
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¨ Actions du vent
1. Actions directes du vent turbulent : (vent de référence)
• pressions et forces aérodynamiques de « pointe » :
traitées par l’EN
• effets dynamiques (excitation des modes propres) :
traités à l’annexe E informative, pour le mode fondamental parallèle au vent
2. Effets des tourbillons alternés : (vitesse critique)
• traités à l’annexe E informative (E.1)
3. Effets des forces aéroélastiques : (vitesse critique)
• traités à l’annexe E informative (E.2 pour le « galop » classique, E.3 pour le galop d’interférence, E.4 pour la divergence et le flottement)
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Simplifications recommandées dans le cas des ponts
Référentiel du tablier
Altitude de référence
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Dispositif de retenue Sur un côté Sur deux côtés
Garde-corps ajouré ou barrière de sécurité ajourée
d + 0,3 m d + 0,6 m
Garde-corps plein ou barrière de sécurité pleine
d + d1 d + 2d1
Garde-corps ajouré et barrière de sécurité ajourée
d + 0,6 m d + 1,2 m
Hauteurs à prendre en compte pour Aref,x
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Dans les cas courants cdircsaison = c0(z) = 1
xrefxxWk AµF ,,
)(21)( 2
, emeexfx zvzccµ
30,1, xfc ou
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Méthode simplifiée
xrefbWx CAvF ,2
21
b/dtot ze 20 m ze = 50 m
0,5 5,7 7,1
4,0 3,1 3,8Valeurs de C
La méthode simplifiée correspond aux hypothèses suivantes :
•Terrain de catégorie 2* cf,x calculé selon graphique* c0 = 1 (coefficient d’orographie)* kI = 1 (facteur de turbulence)
•Interpolation admise pour valeurs intermédiaires
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)(5,0)(2,0,, treillisouvoileskkFF xWkyWk
zrefzzWk AµF ,,
)(21)( 2
, emeezfz zvzccµ
Valeurs recommandées :Cf,z = ± 0,9