Identification des propriétés dynamiques intrinsèques des escaliers monumentaux non-linéaires en acier

Les escaliers monumentaux sont des éléments architecturaux vedettes dans les bâtiments. Leur conception est contrôlée par leur comportement en service. Plus précisément, c’est la vibration de ces structures qui contrôle le dimensionnement. Il n'y a aucune recommandation dans les normes canadiennes quant aux vibrations des escaliers monumentaux, mais certaines recommandations sont faites dans le guide de conception 11 de l'AISC (Design Guide 11). Toutefois, les escaliers monumentaux sont des structures complexes à analyser, notamment en raison de nombreux paramètres incertains, comme l’amortissement. Les méthodes d'analyse qui permettent de prédire le comportement vibratoire de ces structures sont supportées par très peu de recherche. Cette affirmation est d'autant plus véridique dans le cas des escaliers hélicoïdaux. D'ailleurs, il n'est pas explicitement mentionné dans les manuels de conception si les valeurs recommandées s'appliquent aux escaliers hélicoïdaux ou en ciseaux. De ce fait, il est fréquent que la structure de ces escaliers doive être rigidifiée. Ce projet vise à déterminer les propriétés dynamiques intrinsèques — c’est-à-dire les fréquences naturelles, les modes propres et l’amortissement — d’escaliers en acier présentant une géométrie non linéaire. Pour ce faire, des essais in situ ont été réalisés sur quatre escaliers existants afin de déterminer leurs propriétés dynamiques intrinsèques réelles. Parmi ceux-ci, deux présentent une géométrie hélicoïdale circulaire, un autre a une géométrie parabolique, et le dernier possède deux volées parallèles. Deux méthodes expérimentales ont été utilisées pour caractériser les propriétés dynamiques : l’analyse de FRF (essais au marteau) et l’analyse de FDD (vibrations aléatoires). Les résultats de fréquences naturelles et de modes propres de vibration, obtenus à l'aide de ces essais, sont comparés avec des modèles d'éléments finis représentant chacune des structures. Les taux d’amortissement mesurés expérimentalement ont quant à eux été comparés aux valeurs recommandées dans les guides et articles de référence. Les résultats de cette recherche démontrent qu'il est souvent très complexe de prédire, par modélisation numérique, les fréquences et les modes propres des escaliers monumentaux non linéaires. Des pistes d'amélioration sont proposées, dans ce document, quant aux améliorations qui permettraient d'augmenter la précision des modèles. En ce qui concerne l’amortissement, les résultats montrent que le taux recommandé par le guide de conception américain est souvent plus faible que le taux mesuré en pratique. Dimensionner avec des amortissements aussi faibles réduit le risque de problèmes de vibration. Cette affirmation n'est toutefois pas valable dans tous les cas. Notamment, pour les escaliers comportant des éléments non structuraux, le guide semble surestimer le taux d'amortissement, ce qui pourrait mener à des problèmes de vibration. De manière similaire, une autre méthode issue de la littérature semble également surestimer l’amortissement, ce qui augmente le risque de vibration excessive.

Name thesis:degree_name

M. Sc. A.

Level thesis:degree_level

Maîtrise

Discipline thesis:degree_discipline

Génie civil

Grantor dc:publisher

Université de Sherbrooke

Year dc:date.issued

2026

Author dc:creator

• Jean, Olivier

Advisors dc:contributor.advisor

• Roy, Nathalie
• Parent, Serge

• Escaliers monumentaux
• Vibrations
• Propriétés modales
• Amortissement
• Fréquences naturelles
• Éléments finis

Language dc:language.iso

fr

DOI

https://doi.org/10.71892/11143/1398

OAI identifier oai:identifier

oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/23953