Cours de Projet de Pont Actions du vent

cours de projet de pont - actions 1

Cours de Projet de PontActions du vent


NF EN 1991 -Eurocode 1

Actions sur les structuresPartie 1-4 :

Actions du vent


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


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


Carte de la valeur de base de la vitesse de référence en France métropolitaine


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.


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)


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


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)


Rugosité IV (forêt)

Rugosité IV (ville - a)

Rugosité IV (ville - b)


Annexe nationale


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


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


Annexe nationale


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


)(

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


¨ 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.


Exemples de sections

couvertes par l’Eurocode


¨ 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)


Simplifications recommandées dans le cas des ponts

Référentiel du tablier

Altitude de référence


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


Dans les cas courants cdircsaison = c0(z) = 1

xrefxxWk AµF ,,

)(21)( 2

, emeexfx zvzccµ

30,1, xfc ou


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


)(5,0)(2,0,, treillisouvoileskkFF xWkyWk

zrefzzWk AµF ,,

)(21)( 2

, emeezfz zvzccµ

Valeurs recommandées :Cf,z = ± 0,9

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