Thạc Sĩ Réponse des lignes de transport au vent turbulent par la méthode spectrale stochastique

Abstract
Actually, the calculation of the wind load effects on structures is simply the substitution of dynamic loads by equivalent static loads. This method is good for regular structures and was validated by experiments. In effect, this type of loads is not easy to be analysed in some cases. Direct stochastic dynamic is used in the design of civil engineering structures like bridges, communication towers . This method is actually used in the industry and plays an important role to control the price of construction and the security of structures. For powers lines, this method could help calculate responses of structures,
evaluate required capacity.
The object of this thesis is to validate the stochastic dynamic method for transmission lines. Some examples are presented with applications of the software UdeSvent in the project : “Chaire Industrielle CRSNG/HQTÉ, Lignes aériennes de transport d’énergie électrique”.
Table des matières
1 Connaissances générales 1
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Calcul au vent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Méthode statique équivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 Méthode spectrale stochastique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.3 Intégration des équations du mouvement . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3 Modélisation statique et dynamique des lignes de transport avec ADINA . 12
1.3.1 Analyse statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.2 Analyse dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4 Objectifs et méthodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.1 Mise en place du logiciel UdeSvent . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.2 Validation sur les résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.3 Applications d’UdeSvent au design . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 Méthode spectrale stochastique et logiciel UdeSvent 20
2.1 Équations du vent moyen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.1 Équation logarithmique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.2 Équation exponentielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.3 Comparaison des deux équations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 Fonction de la DSP de la réponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.1 DSP de la vitesse du vent turbulent . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
iv
2.2.2 Densité inter-spectrale de puissance (DiSP) de la vitesse du vent
turbulent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.3 DSP de la force du vent turbulent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.4 DiSP de la force du vent turbulent . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.5 DSP de la réponse sous la charge du vent turbulent . . . . . . . . . 26
2.3 Écart type de la réponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.1 Écart type de la réponse d’un système à un degré de liberté . . . . 30
2.3.2 Écart type de la réponse d’un système à plusieurs degrés de liberté 32
2.3.3 Réponse estimée br du système à plusieurs degrés de liberté . . . . . 34
2.4 Logiciel UdeSvent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.4.1 Procédure de calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4.2 Fichier d’entrée d’UdeSvent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3 Vérification d’UdeSvent par les tests à l’UWO 37
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 Modélisation des câbles en soufflerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2.1 But de la simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.2 Instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.3 Simulation du vent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.4 Résultats de Loredo-Souza [4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.3 Calcul par le logiciel UdeSvent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3.1 Fonction du vent turbulent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3.2 Caractéristiques du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3.3 Résultats obtenus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4 Vérification d’UdeSvent avec les résultats d’essais sur un pylône réel 47
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2 Description de l’expérimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2.1 But du travail : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.2 Instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.3 Caractéristiques du vent et du terrain . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
v
4.2.4 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.3 Calcul par le logiciel UdeSvent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.3.1 Caractéristiques du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.3.2 Comparaison les résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5 Etude sur les modèles de vent 53
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.2 Influence des coefficients dans la fonction de la DSP . . . . . . . . . . . . . 54
5.3 Influence des coefficients de cohérence CX
v ,CZ
v . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.3.1 Influence de CX
v à la réponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.3.2 Influence de CZ
v à la réponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.4 Influence de la rigidité de structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6 Application d’UdeSvent au design 60
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.2 Modélisation du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.2.1 Description de la structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.2.2 Description du vent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.2.3 Description de la force aérodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.3 Calcul par le logiciel UdeSvent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
7 Conclusion 69
Bibliographie 71
Annexe 01 73
Annexe 02 76
Annexe 03 80
Annexe 04 84