Conception d'un pont à l'aide de west point bridge designer

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1.5 Figure 1.6

Pratt

Le treillis de Pratt (Figure 1.7) est caractérisé par le fait qu’il serait plus économique pour les plus petites structures. Contrairement au treillis de Howe, les membres verticaux sont en compression (rouge) et les membres diagonaux en tension (bleu), tel qu’illustré sur la figure 1.8.

Figure 1.7 Figure 1.8

Warren

Contrairement aux types précédents, le treillis de Warren (Figure 1.9) ne contient pas de membres verticaux. Toutefois, comme l’indique la figure 1.10, ses membres diagonaux alternes la tension et la compression. Plus on s’approche du centre, plus les membres se voient affectés par des tensions et des compressions dépendantes de la position des forces externes.

Figure 1.9 Figure 1.10

Méthodologie de la conception

Outils

Les outils utilisés pour faire la conception du pont sont énumérés dans cette section.

West Point Bridge Designer 2015

La simulation et la conception du pont.

Google Docs

L’analyse des résultats et l’optimisation de paramètres à l’aide de feuilles de calculs, ainsi que l’écriture de ce rapport à l’aide de l’éditeur de texte.

Exigences

Distance entre les boutés

La distance exigée entre les boutés est de 25 mètres. Cependant, le logiciel de simulation n’offre que des valeurs de 24 ou de 28 mètres de distance entre les boutés. Il a donc été conclu que la valeur de 28 mètres allait être utilisée en assumant que le design serait fonctionnel à l’échelle d’un pont de 25 mètres.

Poids de la charge

Le poids de la charge exigée est de 250 kN. Par contre, le logiciel de simulation n’offre que des valeurs de 225 kN ou 450 kN. Il a donc été conclu que la valeur de 450 kN allait être utilisée. De cette façon, le pont échelonné sur 25 mètres pourra amplement supporter une charge de 250 kN en étant sécuritaire.

Type de design

Le type de design exigé est celui d’un pont à treillis qui ne fait pas appel à l’utilisation de piliers. L’analyse porte donc sur les principaux types de treillis vus en classe soit Howe, Pratt et Waren.

Matériaux utilisés

Les matériaux utilisés dans la conception du pont sont ceux offerts par le logiciel de simulation.

Acier au carbone

Acier faiblement allié à haute résistance

Acier trempé et revenu

Ces matériaux sont offerts sous forme de tube ou de barre.

Dépenses

Étant donné que le budget est limité, le coût du pont doit être minimisé. Le projet porte donc sur l’optimisation des paramètres du pont en fonction de leurs coûts.

Spécifications

Les paramètres évalués au cours de ce projet de conception sont les suivants:

Type de treillis

Matériaux utilisés

Forme de la structure

Types de treillis

Les types de treillis testés sont Howe, Pratt et Warren.

Matériaux utilisés

Voir Matériaux utilisés de la section exigences ci-dessus.

Forme de la structure

Lors des premiers essais (voir Figure 2.1), quelques modifications ont été apportées sur la forme de la structure. Au final, une structure en arche a été adaptée au concept de pont (voir Figure 2.2). Plusieurs tests unitaires ont mis en évidence une relation entre la grandeur d’un membre et la force maximale qu’il peut subir. Étant donné que les membres plus près du centre ont tendance à subir des tensions et des compressions plus fortes, un design en arche semblait un choix optimal. En effet, en ajustant la position des noeuds, et donc du même moment, la longueur des membres, il a été possible d’économiser environ 15 000$ en simulation. La technique utilisée consistait à échelonner la hauteur des noeuds en fonction des forces exercés par les membres adjacents. L’un des problèmes rencontrés lors de cette étape était celui des membres trop étroits. En effet, en changeant les paramètres de hauteur, certains membres ne respectaient plus le rapport d’élancement.

L/(I/A)1/2<300

Où L est la longueur du membre, I est son moment d’inertie et A est l’aire de sa base. Dans WP Bridge Designer, lorsque cet équilibre est faux, le pont est considéré comme étant non sécuritaire. Il a donc été nécessaire d’effectuer, à nouveau, certaines modifications au niveau des choix de matériaux, ainsi que quelques ajustements au niveau du positionnement des noeuds. La version finale est illustré à la figure 2.2.

Figure 2.1 Forme initiale

Figure 2.2 Forme finale

Simulations

Treillis

Le premier test consistait à trouvé le coût minimal d’un pont à treillis fait d’un seul type de matériel. L’objectif était donc de tester les trois types de treillis et de reconnaître la structure qui semblait préférable.

Howe

Pratt

Warren

Barres et tubes

Cette manipulation consiste à tester quel type de membre est plus performant. Les options offertes par le logiciel sont les tubes et les