Comportement dynamique des dalles de roulement orthotropes multi-travées sous la sollicitation des véhicules à essieux tandem et tridem

Abstract

Le phénomène de l'interaction dynamique entre les dalles de roulement et les véhicules mobiles est très complexe dans la réalité car plusieurs facteurs entre en jeu. Les facteurs les plus importants intervenant dans cette interaction dynamique sont : la dalle de roulement, le véhicule comme source d'excitation et l'état de la chaussée comme interface entre le véhicule et la dalle de roulement. C'est un sujet d'extrême importance qui a fait l'objet de réflexion auparavant et continu d'être d'actualité, vu le nombre d'ouvrages réalisés, l'augmentation du trafic routier et l'augmentation du tonnage par essieu. Les véhicules traversant les dalles de roulement à grandes vitesses peuvent engendrer des effets dynamiques importants. Ces effets doivent être étudiés en simulant effectivement les réponses dynamiques des dalles de roulement et des véhicules.

Dans ce contexte, nous avons étudié le comportement dynamique des dalles de roulement des ponts routiers multi-travées à supports élastiques, sous la sollicitation des camions à essieux tandem et tridem. Ce travail est intéressant et ambitieux car, il concerne une structure d’importance majeure que sont les dalles de roulement. Il ne peut que contribuer dans la compréhension des phénomènes dus aux charges dynamiques mobiles, résonances, amplification dynamique et autres. Dans cette étude, la dalle de roulement est modélisée par une plaque mince orthotrope multi-travées à supports élastiques. Le profil de la chaussée est modélisé par une densité spectrale de puissance. Le camion est modélisé par quatre modèles dynamiques discrets tridimensionnels à essieux tandem et tridem dont deux modèles sont avec semi-remorques. Les équations de mouvement de chaque modèle sont obtenues en appliquant la loi fondamentale de la dynamique. L’équation de mouvement de la dalle de roulement est résolue en utilisant la méthode de superposition modale en bénéficiant des propriétés d’orthogonalité des modes propres pour obtenir à la fin un système d’équations modales découplées. Les équations de mouvement du système dalle de roulement-camion sont couplées. Ils sont intégrés numériquement par la méthode de Newmark avec un processus de calcul itératif. Nous avons élaboré deux principaux programmes en langage FORTRAN capables de simuler le passage du camion sur la dalle de roulement. Les fréquences propre de la dalle de roulement sont calculées appart en utilisant le logiciel MATHEMATICA. Des résultats concernant les fréquences et les modes propres d’une dalle de roulement orthotrope à deux travées, sont présentés et validés avec le code de calcul ANSYS et la littérature. D’autres résultats de plusieurs simulations numériques de passage d’un camion à onze degrés de liberté sur une dalle de roulement à deux travées sont présentés et interprétés et comparées avec ceux d’un camion à neuf degrés de liberté