Élaboration de Stratégies de Sélection de Signaux Accélérométriques pour le Calcul du Comportement des Structures

​Levent Isbiliroglu a soutenu sa thèse le 1^er mars 2017 à l'Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Saint Martin d'Héres

Les amplitudes spectrales des signaux accélérométriques enregistrés lors de l’occurrence d’un séisme présentent une forte variabilité ; telle variabilité n’est pas prise en compte dans l’analyse dynamique de la tenue des structures. En effet, la pratique courante est de minimiser (voir supprimer) la variabilité du mouvement sismique. Toutefois, les conséquences d’une telle opération sur la distribution des réponses de la structura ne sont pas clairement décrites. La présente étude a pour but la quantification de l’impact des méthodes de sélection et modification des accélérogrammes sur les résultats de l’analyse dynamique des structures (exprimée en termes d’engineering demand parameters EDPs). En particulier les questions suivantes sont investiguées : quel est le niveau de variabilité des accélérogrammes réels et comment ce niveau est modifié par les techniques couramment utilisées ? Quelle est l’impact de la variabilité sur la réponse de plusieurs types de structures ?

Pour un scénario déterministe de l’aléa, le spectre cible est défini sur la base d’équations de prédiction du mouvement sismique (GMPEs). Les accélérogrammes sont sélectionnés pour constituer des jeux de signaux de cinq accélérogrammes chacun, sur la base d’un critère de distance au spectre cible. La sélection est effectuée à partir de quatre familles d’accélérogrammes : les réels (tel qui enregistrés lors de l’occurrence du séisme); ceux mis à l’échelle linéairement ; ceux calés au spectre cible avec une tolérance large ; ceux calés au spectre cible avec une tolérance étroite. Deux sources de variabilité caractérisent les jeux de signaux : la variabilité au sein de chaque jeu de données (variabilité intraset), et la variabilité entre les différents jeux de données compatibles avec le même spectre cible (variabilité interset). Les analyses basées sur les signaux réels sont utilisées comme repère afin d’évaluer de combien la distribution des EDPs (exprimée en termes de valeur moyenne et écart type) est modifiée par les différentes méthodes testées. De plus nous avons investigué l’impact des hypothèses émises lors de la sélection des jeux d’accélérogrammes : la définition des plages de tolérance pour la définition de la distance au spectre cible, le nombre d’accélérogrammes constituant chaque jeu d’accélérogrammes, le nombre même de jeux d’accélérogrammes utilisés, ainsi que la cible de l’analyse structurale par rapport à la distribution d’EDP (moyenne, moyenne plus une fraction de l’écart type). Une attention particulière est portée à l’étude de sensibilité des résultats vis-à-vis du modèle de structure, allant du simple oscillateur à un degré de liberté à des structures aux géométries complexes. Dans l’étude nous investiguons également l’impact des GMPEs utilisées pour définir le spectre cible.

Ce travaille nous conduit à conclure que un seul jeu d’accélérogramme, tel qu’utilisé dans la pratique courante, est insuffisant pour estimer correctement la distribution d’EDPs. Cette conclusion est indépendante de la méthode de modification utilisée car aucune ne garde la variabilité des accélérogrammes réels. Si le but de l’analyse est d’estimer le niveau moyen de l’EDP, les quatre familles de signaux donnent des résultats équivalents. Si le but de l’analyse est d’estimer la moyenne des EDP plus une fraction de l’écart type, alors les signaux réels représentent l’option à privilégier. Si l’application d’une méthode de modification du signal s’avère nécessaire elle devrait être choisie en fonction du niveau d’EDP visé et de la complexité du modèle de structure. Finalement, le choix de la GMPE, utilisée pour définir le spectre cible, a un impact significatif sur les caractéristiques des mouvements sismiques et sur la distribution des EDPs. Dans certains cas, la variabilité des EDPs liée aux GMPEs couvre celle liée à l’utilisation des différentes techniques de modification.