Advanced Structural Problematics in Steel Bridges

The knowledge of the structural sensitivity of steel bridges, especially when its main structural elements are subjected to compressive forces, is one of the concerns of structural engineers. On the other hand, non-conventional actions or accidental actions require a certain robustness on the part of the structures in order to preserve their structural integrity, reduce the risk of severe consequences or even maintain their use. With a view to understanding the sensitivity of bridge structural elements to different categories of actions, this research work was conducted. In particular, aspects related to linear and non-linear elastic stability, structural capacity or performance of different bridges typologies were studied. With the help of a numerical tools designed for FEM modelling, studies, often parametric, have been carried out intensively. For example, in the case of girder bridges, the consideration of the interaction of the main in-plane loading applied to bridge girders of various dimensions was studied. After that, the structural capacity of steel arch bridges subjected to vertical loads of traffic or not made it possible to expose the consequence of sudden cable failure on the structural capacity of the bridge and to describe the post-buckling response of the bridge. Finally, a comparative study of structural performance between three stays configurations of cable-stayed bridges in the event that these bridges were subjected to extreme loads such as blast loading was made. All these studies have shown us that steel bridges are very sensitive to the type of actions applied to them. In more detail, the state of compressive stresses on a bridge girder or steel web’s plate in the case of a combined in-plane loading effect can result in the reduction of the buckling elastic critical load by up to half. Also, in the case of suspension bridges, the arrangement of the stays elements plays an important role in the structure's ability to withstand extreme loads.

La maitrise de la sensibilité structurelle des ponts en acier surtout lorsque ces principaux éléments structurels sont soumis à des forces de compression fait partie d’une des prérogatives des ingénieurs structures. De l’autre côté, des actions non conventionnelles ou encore actions accidentelles demandent une certaine robustesse de la part des structures afin de préserver son intégrité structurelle, décroitre le risque de conséquences aggravées ou encore de maintenir son usage. C’est dans l’optique de comprendre la sensibilité des éléments structurels de pont face aux différentes catégories d’actions que ce travail de recherche a été dirigé. En particulier, les aspects liés à la stabilité élastique linéaire et non linéaire, à la capacité structurelle ou encore à la performance de différentes typologies de pont ont été étudiés. A l’aide d’outil numérique conçu pour les modélisations FEM, des études souvent paramétriques ont pu être menées. Ainsi, dans le cas des ponts poutres, la prise en compte de l’interaction des principales forces dans plan s’appliquant sur les poutres de ponts de diverses dimensions a été étudiés. Après cela, la capacité structurelle des ponts bowstring fait en acier soumis à des charges verticales de trafics ou non a permis d’exposer la conséquence rupture soudaine d’un câble sur la capacité structurelle de pont. Finalement, une étude comparative de performance structurelle entre trois configurations de pont à haubans dans le cas où ces ponts étaient soumis à des charges extrêmes tel que l’explosion ou les charges d’impact. Toutes ses études nous ont révélé dans que les ponts en acier sont très sensibles du type d’actions qui leur sont appliquées. Plus en détail, l’état de contraintes de compression sur une plaque d’âme de poutre de pont en cas de effet combiné de charges internes au plan et peut entrainer la réduction de la charge critique élastique d’Euler jusqu’à une réduction de moitié. Aussi dans le cas des ponts à suspente, la disposition des éléments de suspente joue un rôle important dans la capacité de la structure à faire face à des actions extrêmes.