Cours de Projet de Pont Actions du vent
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Cours de Projet de Pont Actions du vent
Cours de Projet de Pont Actions du vent cours de projet de pont - actions 1 NF EN 1991 Eurocode 1 Actions sur les structures Partie 1-4 : Actions du vent cours de projet de pont - actions 2 SOMMAIRE Avant-propos Section 1 – Généralités Section 2 – Situations de calcul Section 3 – Modélisation des actions du vent Section 4 – Vitesse et pression aérodynamique Section 5 – Actions du vent Section 6 – Coefficient structural cscd Section 7 – Coefficients de pression et de force Section 8 – Actions du vent sur les ponts Annexe A (I) – Effets du terrain Annexe B (I) – Procédure 1 de détermination du coefficient structural cscd Annexe C (I) – Procédure 2 de détermination du coefficient structural cscd Annexe D (I) – Valeurs cscd pour les différents types de structures Annexe E (I) - Détachedment tourbillonnaire et instabilités aéroélastiques Annexe F (I) - Caractéristiques dynamiques des structures cours de projet de pont - actions 3 Vent et pression dynamique 1 2 1 2 qb vb (cdir .cseason .vb , 0 ) 2 2 Réduction pour direction de vent peu fréquente vb , 0 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 cours de projet de pont - actions 4 Carte de la valeur de base de la vitesse de référence en France métropolitaine cours de projet de pont - actions 5 Le vent est caractérisé par une partie dite de vent moyen et d’une partie fluctuante Dite 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. cours de projet de pont - actions 6 De la vitesse moyenne de base à la pression de pointe à la cote z Vitesse moyenne de référence (10m) Sol de cat II Pression de pointe à la cote z 1 q p ( z ) ce ( z ) vm2 ( z ) 2 vb Coefficient d’exposition 7k k 2 ce ( z ) cr ( z ) 1 l r cr ( z ) Vitesse moyenne à la cote z kl = Coefficient de turbulence (=1,0) Paramètre de rugosité vm ( z ) cr ( z )vb z0 Coefficient de rugosité z kr 0,19 0 z0, II z cr ( z ) kr Ln z0 cours zmin dez projet zmax de pont - actions 0 , 07 7 Catégories de rugosité de terrains (EN 1991-1-4, Annexe A) Catégorie 0 : Mer, côte en bordure de mer ouverte 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 Catégorie III : leur hauteur Zones avec un couvert régulier de végétation ou de bâtiments ou d’obstacles isolés espacés d’au plus 20 fois leur hauteur (villages, Catégorieforêt IV : permanente) Zones dont au moins 15% de la surface est construite, avec des bâtiments dont la hauteur moyenne dépasse 15 mètres cours de projet de pont - actions 8 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) cours de projet de pont - actions 9 Rugosité IV (forêt) Rugosité IV (ville - b) Rugosité IV (ville - a) cours de projet de pont - actions 10 Annexe nationale cours de projet de pont - actions 11 Catégorie de terrain 0 z0 (m) zmin (m) 0,003 1 I 0,01 1 II 0,05 2 III 0,3 5 IV 1,0 10 zmax = 200 m cours de projet de pont - actions 12 catégories de terrain IV III II I 0 100 90 80 70 60 z en mètres hauteur au-dessus du sol 50 40 30 20 10 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 ce(z) coefficient d’exposition (sans effet d’orographie) cours de projet de pont - actions 13 Annexe nationale cours de projet de pont - actions 14 Actions du vent turbulent Pressions aérodynamiques sur les parois we q p ( ze ).c pe Pression extérieure qp=ce(z)qb Pression dynamique de pointe (à la cote de référence ze et wi q p ( zi ).c pi Coefficient de pression ou de force Pression intérieure (Chap. 7 et 8) Aire de référence Fw q p ( ze ).c f . Aref .(cs cd ) Coefficien t structural Forces aérodynamiques cours de projet de pont - actions 15 Pression dynamique de pointe à la cote z Pression dynamique de base qp 1 2 v b 2 1,25 kg / m 3 1 2 q p ( z ) c e ( z ) v m ( z ) 2 ce(z) coefficient d’exposition 7k l k r c e ( z ) c r ( z )1 c z ( ) r 2 Forces aérodynamiques Fw , x µAref , x Aire de référence µ c s cd c f , x q p ( ze ) Coefficient structural cours de projet de pont - actions Coefficient de force 16 ¨ 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. cours de projet de pont - actions 17 Exemples de sections couvertes par l’Eurocode cours de projet de pont - actions 18 ¨ 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) cours de projet de pont - actions 19 Simplifications recommandées dans le cas des ponts Référentiel du tablier Altitude de référence cours de projet de pont - actions 20 Hauteurs à prendre en compte pour Aref,x Dispositif de retenue Sur un côté Garde-corps ajouré ou barrière de sécurité ajourée Garde-corps plein ou barrière de sécurité pleine Garde-corps ajouré et barrière de sécurité ajourée d + 0,3 m Sur deux côtés d + 0,6 m d + d1 d + 2d1 d + 0,6 m d + 1,2 m cours de projet de pont - actions 21 Dans les cas courants cdircsaison = c0(z) = 1 FWk , x µ x Aref , x 1 µ x c f , x ce ( ze ) v m2 ( ze ) 2 c f , x 1,30 ou cours de projet de pont - actions 22 Méthode simplifiée FWx 1 2 v b CAref , x 2 Valeurs de C b/dtot ze 20 m ze = 50 m 0,5 5,7 7,1 4,0 3,1 3,8 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 cours de projet de pont - actions 23 FWk , y kFWk , x k 0,2 (voiles ) ou 0,5 ( treillis ) FWk , z µz Aref , z 1 2 µz c f , z ce ( ze ) v m ( ze ) 2 Valeurs recommandées : Cf,z = ± 0,9 cours de projet de pont - actions 24