Simplified design method for energy dissipating devices in retrofitting of seismically isolated bridges

Abstract: Highway bridges have great values in a country because in case of any natural disaster they may serve as lines to save people’s lives. Being vulnerable under significant seismic loads, different methods can be considered to design resistant highway bridges and rehabilitate the existing ones. In this study, base isolation has been considered as one efficient method in this regards which in some cases reduces significantly the seismic load effects on the structure. By reducing the ductility demand on the structure without a notable increase of strength, the structure is designed to remain elastic under seismic loads. The problem associated with the isolated bridges, especially with elastomeric bearings, can be their excessive displacements under service and seismic loads. This can defy the purpose of using elastomeric bearings for small to medium span typical bridges where expansion joints and clearances may result in significant increase of initial and maintenance cost. Thus, supplementing the structure with dampers with some stiffness can serve as a solution which in turn, however, may increase the structure base shear. The main objective of this thesis is to provide a simplified method for the evaluation of optimal parameters for dampers in isolated bridges. Firstly, performing a parametric study, some directions are given for the use of simple isolation devices such as elastomeric bearings to rehabilitate existing bridges with high importance. Parameters like geometry of the bridge, code provisions and the type of soil on which the structure is constructed have been introduced to a typical two span bridge. It is concluded that the stiffness of the substructure, soil type and special provisions in the code can determine the employment of base isolation for retrofitting of bridges. Secondly, based on the elastic response coefficient of isolated bridges, a simplified design method of dampers for seismically isolated regular highway bridges has been presented in this study. By setting objectives for reduction of displacement and base shear variation, the required stiffness and damping of a hysteretic damper can be determined. By modelling a typical two span bridge, numerical analyses have followed to verify the effectiveness of the method. The method has been used to identify equivalent linear parameters and subsequently, nonlinear parameters of hysteretic damper for various designated scenarios of displacement and base shear requirements. Comparison of the results of the nonlinear numerical model without damper and with damper has shown that the method is sufficiently accurate. Finally, an innovative and simple hysteretic steel damper was designed. Five specimens were fabricated from two steel grades and were tested accompanying a real scale elastomeric isolator in the structural laboratory of the Université de Sherbrooke. The test procedure was to characterize the specimens by cyclic displacement controlled tests and subsequently to test them by real-time dynamic substructuring (RTDS) method. The test results were then used to establish a numerical model of the system which went through nonlinear time history analyses under several earthquakes. The outcome of the experimental and numerical showed an acceptable conformity with the simplified method.

Towards a performance based design of shear walls based on damage criteria = Vers un dimensionnement performanciel des murs de refend basé sur des critères d'endommagement

Le dimensionnement basé sur la performance (DBP), dans une approche déterministe, caractérise les objectifs de performance par rapport aux niveaux de performance souhaités. Les objectifs de performance sont alors associés à l'état d'endommagement et au niveau de risque sismique établis. Malgré cette approche rationnelle, son application est encore difficile. De ce fait, des outils fiables pour la capture de l'évolution, de la distribution et de la quantification de l'endommagement sont nécessaires. De plus, tous les phénomènes liés à la non-linéarité (matériaux et déformations) doivent également être pris en considération. Ainsi, cette recherche montre comment la mécanique de l'endommagement pourrait contribuer à résoudre cette problématique avec une adaptation de la théorie du champ de compression modifiée et d'autres théories complémentaires. La formulation proposée adaptée pour des charges monotones, cycliques et de type pushover permet de considérer les effets non linéaires liés au cisaillement couplé avec les mécanismes de flexion et de charge axiale. Cette formulation est spécialement appliquée à l'analyse non linéaire des éléments structuraux en béton soumis aux effets de cisaillement non égligeables. Cette nouvelle approche mise en œuvre dans EfiCoS (programme d'éléments finis basé sur la mécanique de l'endommagement), y compris les critères de modélisation, sont également présentés ici. Des calibrations de cette nouvelle approche en comparant les prédictions avec des données expérimentales ont été réalisées pour les murs de refend en béton armé ainsi que pour des poutres et des piliers de pont où les effets de cisaillement doivent être pris en considération. Cette nouvelle version améliorée du logiciel EFiCoS a démontrée être capable d'évaluer avec précision les paramètres associés à la performance globale tels que les déplacements, la résistance du système, les effets liés à la réponse cyclique et la quantification, l'évolution et la distribution de l'endommagement. Des résultats remarquables ont également été obtenus en référence à la détection appropriée des états limites d'ingénierie tels que la fissuration, les déformations unitaires, l'éclatement de l'enrobage, l'écrasement du noyau, la plastification locale des barres d'armature et la dégradation du système, entre autres. Comme un outil pratique d'application du DBP, des relations entre les indices d'endommagement prédits et les niveaux de performance ont été obtenus et exprimés sous forme de graphiques et de tableaux. Ces graphiques ont été développés en fonction du déplacement relatif et de la ductilité de déplacement. Un tableau particulier a été développé pour relier les états limites d'ingénierie, l'endommagement, le déplacement relatif et les niveaux de performance traditionnels. Les résultats ont démontré une excellente correspondance avec les données expérimentales, faisant de la formulation proposée et de la nouvelle version d'EfiCoS des outils puissants pour l'application de la méthodologie du DBP, dans une approche déterministe.

Physical and chemical kinetics of structural build-up of cement suspensions

Abstract : The structural build-up of fresh cement-based materials has a great impact on their structural performance after casting. Accordingly, the mixture design should be tailored to adapt the kinetics of build-up given the application on hand. The rate of structural build-up of cement-based suspensions at rest is a complex phenomenon affected by both physical and chemical structuration processes. The structuration kinetics are strongly dependent on the mixture’s composition, testing parameters, as well as the shear history. Accurate measurements of build-up rely on the efficiency of the applied pre-shear regime to achieve an initial well-dispersed state as well as the applied stress during the liquid-solid transition. Studying the physical and chemical mechanisms of build-up of cement suspensions at rest can enhance the fundamental understanding of this phenomenon. This can, therefore, allow a better control of the rheological and time-dependent properties of cement-based materials. The research focused on the use of dynamic rheology in investigating the kinetics of structural build-up of fresh cement pastes. The research program was conducted in three different phases. The first phase was devoted to evaluating the dispersing efficiency of various disruptive shear techniques. The investigated shearing profiles included rotational, oscillatory, and combination of both. The initial and final states of suspension’s structure, before and after disruption, were determined by applying a small-amplitude oscillatory shear (SAOS). The difference between the viscoelastic values before and after disruption was used to express the degree of dispersion. An efficient technique to disperse concentrated cement suspensions was developed. The second phase aimed to establish a rheometric approach to dissociate and monitor the individual physical and chemical mechanisms of build-up of cement paste. In this regard, the non-destructive dynamic rheometry was used to investigate the evolutions of both storage modulus and phase angle of inert calcium carbonate and cement suspensions. Two independent build-up indices were proposed. The structural build-up of various cement suspensions made with different cement contents, silica fume replacement percentages, and high-range water reducer dosages was evaluated using the proposed indices. These indices were then compared to the well-known thixotropic index (Athix.). Furthermore, the proposed indices were correlated to the decay in lateral pressure determined for various cement pastes cast in a pressure column. The proposed pre-shearing protocol and build-up indices (phases 1 and 2) were then used to investigate the effect of mixture’s parameters on the kinetics of structural build-up in phase 3. The investigated mixture’s parameters included cement content and fineness, alkali sulfate content, and temperature of cement suspension. Zeta potential, calorimetric, spectrometric measurements were performed to explore the corresponding microstructural changes in cement suspensions, such as inter-particle cohesion, rate of Brownian flocculation, and nucleation rate. A model linking the build-up indices and the microstructural characteristics was developed to predict the build-up behaviour of cement-based suspensions The obtained results showed that oscillatory shear may have a greater effect on dispersing concentrated cement suspension than the rotational shear. Furthermore, the increase in induced shear strain was found to enhance the breakdown of suspension’s structure until a critical point, after which thickening effects dominate. An effective dispersing method is then proposed. This consists of applying a rotational shear around the transitional value between the linear and non-linear variations of the apparent viscosity with shear rate, followed by an oscillatory shear at the crossover shear strain and high angular frequency of 100 rad/s. Investigating the evolutions of viscoelastic properties of inert calcite-based and cement suspensions and allowed establishing two independent build-up indices. The first one (the percolation time) can represent the rest time needed to form the elastic network. On the other hand, the second one (rigidification rate) can describe the increase in stress-bearing capacity of formed network due to cement hydration. In addition, results showed that combining the percolation time and the rigidification rate can provide deeper insight into the structuration process of cement suspensions. Furthermore, these indices were found to be well-correlated to the decay in the lateral pressure of cement suspensions. The variations of proposed build-up indices with mixture’s parameters showed that the percolation time is most likely controlled by the frequency of Brownian collisions, distance between dispersed particles, and intensity of cohesion between cement particles. On the other hand, a higher rigidification rate can be secured by increasing the number of contact points per unit volume of paste, nucleation rate of cement hydrates, and intensity of inter-particle cohesion.

Modélisation et validation expérimentale d'un modèle vibroacoustique d'un silencieux d'une motoneige

Ce mémoire traite la modélisation et la validation expérimentale du bruit d’un silencieux de motoneige. La première phase du projet consiste à modéliser numériquement le système d’échappement avec les méthodes numériques suivantes : éléments finis et éléments finis de frontière, afin d’évaluer ses performances acoustiques : perte par transmission, bruit de bouche et bruit de paroi. Une deuxième phase du projet consiste à valider expérimentalement les performances acoustiques calculées numériquement. La dernière phase du projet se consacrera à une étude paramétrique expérimentale d’un silencieux sur banc moteur. En conclusion, les résultats des modèles numériques mis en œuvre concordent bien avec les résultats expérimentaux. Cependant, les aspects non linéaires rencontrés à la dernière phase du projet n’ont pas été étudiés davantage.

Conception d’un portail participatif d’information géographique Web pour la mise en valeur des produits forestiers non ligneux d’après leurs potentiels de présence.

Les produits forestiers non ligneux (PFNL) rassemblent toutes exploitations sous couvert forestier. Ils excluent les produits issus de la fibre de bois et des produits de la faune. Le bleuet sauvage est un bon exemple de PFNL. Ces produits sont abondants au Québec. Le bleuet est un exemple de PFNL bien établi avec un niveau de commercialisation structurée de produits frais et de transformation. Au contraire, le marché des champignons forestiers tarde à se développer. À titre de produit agroforestier, les PFNL procurent des biens et services bénéfiques aux communautés productrices. La distribution des PFNL varie en fonction de facteurs géophysiques et bioclimatiques. Dans certaines régions du Québec, des groupes s'efforcent de développer des outils d’analyse et de modélisation spatiale conséquents. La géomatique procure des solutions pratiques pour l’identification et le suivi des PFNL. Entre autres, elle opère des données géospatiales spécialisées sur des systèmes d'information géographique (SIG). Ce projet de maîtrise repose sur la mise en place d’un portail participatif d’information géographique web. Il s'adresse à un large panel d’utilisateurs, notamment aux intervenants impliqués dans le développement durable des PFNL. Il offre la possibilité de visualiser et de manipuler des données spécialisées au cas des PFNL. Il propose de localiser les sites à fort potentiel de présence. Il cherche à intégrer des outils de validation de ces sites. Il tend aussi à procurer des outils qui accompagnent la production des utilisateurs. Le portail introduit des applications d’édition, d’analyse et de modélisations spatiales exclusives à la thématique des PFNL. Il abrite des couches de données interactives et interopérables. L'évaluation du portail passe par l’efficacité de ses applications et la convivialité de ses composantes. Ce rapport décrit et fait la démonstration de chacune d'elle.

Enseignement de systèmes ordinés en milieu industriel

Cette recherche a été entreprise dans le but de déterminer l'efficacité des programmes de formation offerts dans différentes industries de transformation de matière première pour assurer la formation de leur personnel d'opération lors de l'implantation de systèmes de régulation ordinés. Ce type de formation exige des conditions d'implantation très particulières et très coûteuses. Il devient donc impératif d'en analyser les différentes composantes. Le premier chapitre décrit la problématique générale dans laquelle se situe cette formation. Ces usines vivent dans un monde de changements, qui eux entraînent des changements dans les façons de travailler et qui à leur tour entraînent des changements chez les individus. Après avoir constaté l'ampleur de ces changements survenus durant les dernières années, dans le deuxième chapitre trois questions de fond sont analysées en regard de notre recherche qui est l'implantation des systèmes de régulation ordinés…

L’évaluation du personnel enseignant non permanent au Collège de la région de l'Amiante

Alors que le volume de leur clientèle baisse, que les modes de subventions sont requestionnés, que la concurrence entre les collèges s'installe, que les employeurs et la clientèle expriment de plus en plus clairement leurs besoins, qu'une récession continue à menacer l'économie du pays, les collèges doivent assurer une meilleure formation à leurs élèves et ce au moindre coût. Chaque collège se voit donc forcé d'introduire dans sa gestion des ressources humaines les concepts d'efficacité et d'efficience et, en conséquence, d'introduire des pratiques d'évaluation et ce à la demande expresse des contribuables qui prétendent payer trop cher les services rendus par les collèges. Qui plus est, certains vérificateurs externes des collèges commencent à s'interroger sur la façon dont les collèges assument leur responsabilité en ce qui concerne l'enseignement. Compte tenu des sommes impliquées pour le personnel enseignant, ils jugent nos systèmes de contrôle déficients, sentiment largement partagé par l'ensemble de la population. Toutefois, il nous semble important de souligner, dès le départ, que l'évaluation du personnel enseignant est un sujet délicat. Tout le monde théorise sur le sujet, tout le monde en reconnaît la nécessité mais peu de collèges passent à l'action. Pourtant, il s'en fait de l'évaluation dans notre collège. Chaque année, le directeur général dépose au ministre de l'Enseignement supérieur et de la Science un rapport de nos activités; chaque année, nous présentons à la Direction générale de l'enseignement collégial nos états financiers; chaque année, tous les départements déposent à la Direction des services pédagogiques un rapport comprenant d'une part l'évaluation des activités tenues au cours de l'armée et d'autre part, la présentation des prospectives pour l'armée à venir; depuis 1985, le Collège s'est donné et a implanté une politique institutionnelle d'évaluation des apprentissages des étudiants dont le suivi est assuré annuellement par la Commission pédagogique; chaque année se fait, de façon systématique, l'évaluation du rendement des cadres du collège. […]

Détection de fautes pour les capteurs embarqués de véhicules intelligents basée sur la redondance analytique utilisant une transformation non linéaire

La sécurité des systèmes de transports intelligents est au centre de tous les débats. Afin de s’assurer un fonctionnement sécuritaire, il est nécessaire de pouvoir vérifier le bon fonctionnement des capteurs permettant d’avoir une parfaite connaissance de l’environnement et de l’état du véhicule. Cette thèse présente une nouvelle solution de détection et d’identification de faute pouvant apparaitre sur les capteurs embarqués d’un véhicule intelligent. Cette méthode est basée sur la redondance analytique des données, consistant à estimer une même mesure à l’aide de capteurs de différentes natures. Cette mesure subit alors une transformation non linéaire permettant à la fois d’accroitre la sensibilité aux fautes et d’être plus robuste aux bruits. Cette étude propose plusieurs solutions de transformation et d’estimation qui seront évaluées en simulation avant de proposer une méthode d’optimisation de la prise de décision en fonction de critères choisis par l’utilisateur. La description de l’architecture, des méthodes employées ainsi que des équations permettant l’établissement de celle-ci seront décrites dans le chapitre 3. L’évaluation en simulation des performances de l’architecture sera effectuée dans le chapitre 4 avant une analyse finale des résultats ainsi qu’une comparaison avec une solution existante dans le dernier chapitre, permettant la validation de notre approche.

Adhésion à un programme d’exercices à domicile pour la lombalgie non-aiguë : une étude observationnelle.

Introduction : Les données probantes reconnaissent que les exercices constituent une modalité curative pour traiter la lombalgie non-aiguë. Or, les effets sont modestes, ce qui amène la communauté scientifique à se questionner, entre autre, sur le niveau d’adhésion des patients à leur programme d’exercices à domicile. Cette étude poursuit deux objectifs : (1) explorer l’association entre l’adhésion à un programme d’exercices à domicile et les variables de résultats (primaires : douleur, incapacité ; secondaires : les changements globaux, le sentiment d’efficacité personnelle, la détresse psychologique), (2) explorer l’association entre l’adhésion à ce programme et les principales variables biopsychosociales sur lesquelles le thérapeute peut agir, en utilisant un cadre théorique explicatif incluant : le modèle de peur-évitement, le modèle du sens commun et le concept de l’alliance de travail. Méthode : Une cohorte longitudinale de volontaires de 48 adultes ayant une lombalgie (> 4 semaines) a été recrutée. L’adhésion au programme d’exercices à domicile et les autres facteurs biopsychosociaux ont été mesurés par des questionnaires auto-administrés au début, après quatre semaines, à la fin des huit semaines de traitement et six mois plus tard. Des analyses univariées et multivariées ont été menées. Résultats : Pour le premier objectif, les modèles linéaires mixtes démontrent que l’adhésion est seulement associée aux variables de résultats secondaires. Pour le second objectif, 50 % de la variance de l’adhésion (ICC = 50,00, p < 0,001) a été expliquée par sept variables, les changements globaux ayant la plus forte association avec l’adhésion. Les changements globaux, à leur tour, ont été expliqués par cinq variables (ICC = 22,3, p = 0,028), les représentations ayant la plus forte association. Les représentations ont été expliquées par cinq variables pouvant être incluses dans le modèle peur-évitement (ICC = 49,2, p < 0,001). L’alliance de travail n’était pas associée à l’adhésion. Conclusion : Les variables de résultats secondaires devraient s’ajouter aux variables de résultats primaires dans les études portant sur l’adhésion aux exercices. Le modèle du sens commun a été utile pour expliquer les variables associées à l’adhésion. Le modèle de peur-évitement a été davantage utile pour expliquer les variables associées aux représentations qui sont au cœur du modèle du sens commun.

Retrofit de systèmes de revalorisation de chaleur industrielle à basse température par optimisation exergo-économique

Ce projet porte, dans un souci d’efficacité énergétique, sur la récupération d’énergie des rejets thermiques à basse température. Une analyse d’optimisation des technologies dans le but d’obtenir un système de revalorisation de chaleur rentable fait objet de cette recherche. Le but sera de soutirer la chaleur des rejets thermiques et de la réappliquer à un procédé industriel. Réduire la consommation énergétique d’une usine entre habituellement en conflit avec l’investissement requis pour les équipements de revalorisation de chaleur. Ce projet de maitrise porte sur l’application d’optimisations multiobjectives par algorithme génétique (GA) pour faciliter le design en retrofit des systèmes de revalorisation de chaleur industrielle. L’originalité de cette approche consiste à l’emploi du «fast non-dominant sorting genetic algorithm» ou NSGA-II dans le but de trouver les solutions optimales entre la valeur capitale et les pertes exergétiques des réseaux d’échangeurs de chaleur et de pompes à chaleur. Identifier les solutions optimales entre le coût et l’efficacité exergétique peut ensuite aider dans le processus de sélection d’un design approprié en considérant les coûts énergétiques. Afin de tester cette approche, une étude de cas est proposée pour la récupération de chaleur dans une usine de pâte et papier. Ceci inclut l’intégration d’échangeur de chaleur Shell&tube, d’échangeur à contact direct et de pompe à chaleur au réseau thermique existant. Pour l’étude de cas, le projet en collaboration avec Cascades est constitué de deux étapes, soit de ciblage et d’optimisation de solutions de retrofit du réseau d’échangeur de chaleur de l’usine de tissus Cascades à Kinsley Falls. L’étape de ciblage, basée sur la méthode d’analyse du pincement, permet d’identifier et de sélectionner les modifications de topologie du réseau d’échangeurs existant en y ajoutant de nouveaux équipements. Les scénarios résultants passent ensuite à l’étape d’optimisation où les modèles mathématiques pour chaque nouvel équipement sont optimisés afin de produire une courbe d’échange optimal entre le critère économique et exergétique. Pourquoi doubler l’analyse économique d’un critère d’exergie? D’abord, parce que les modèles économiques sont par définition de nature imprécise. Coupler les résultats des modèles économiques avec un critère exergétique permet d’identifier des solutions de retrofit plus efficaces sans trop s’éloigner d’un optimum économique. Ensuite, le rendement exergétique permet d’identifier les designs utilisant l’énergie de haute qualité, telle que l’électricité ou la vapeur, de façon plus efficace lorsque des sources d’énergie de basse qualité, telles que les effluents thermiques, sont disponibles. Ainsi en choisissant un design qui détruit moins d’exergie, il demandera un coût énergétique moindre. Les résultats de l’étude de cas publiés dans l’article montrent une possibilité de réduction des coûts en demande de vapeur de 89% tout en réduisant la destruction d’exergie de 82%. Dans certains cas de retrofit, la solution la plus justifiable économiquement est également très proche de la solution à destruction d’exergie minimale. L’analyse du réseau d’échangeurs et l’amélioration de son rendement exergétique permettront de justifier l’intégration de ces systèmes dans l’usine. Les diverses options pourront ensuite être considérées par Cascades pour leurs faisabilités technologiques et économiques sachant qu’elles ont été optimisées.