Influence of the soil-structure interaction on the seismic response of buildings : linear and nonlinear analyses

Le présent travail comporte une analyse de l’influence de l’interaction sol-fondation-structure sur le comportement sismique des structures de type bâtiment. L’étude est réalisée en utilisant une modélisation tridimensionnelle par différences finies intégrant dans la même analyse les différentes composantes du système, à savoir le sol, la fondation et la structure. Le travail est présenté en trois chapitres.Le premier chapitre comporte une étude de l’influence de l’interaction sol-fondation-structure sur la fréquence fondamentale des structures de type bâtiment. Le sol et la fondation sont modélisés à l’aide des éléments ressorts. L’analyse montre que l’interaction sol-structure peut réduire d’une manière très importante la première fréquence des structures de type bâtiment. Un abaque est proposé pour une prise en compte aisée de cette interaction dans l’évaluation de la première fréquence des bâtiments.Dans le second chapitre, on présente une étude tridimensionnelle de l’interaction sol-structure. Le comportement du sol est supposé élastique. L’analyse montre que la réponse de la structure dépend sensiblement de l’interaction complexe entre le sol et la structure, qui fait intervenir plusieurs paramètres, notamment le contenu fréquentiel du chargement, les fréquences propres du massif du sol et de la structure. Elle montre également que le comportement non linéaire du sol rend l’analyse plus complexe à cause de l’apparition de multiples fréquences dans le massif de sol. Le troisième chapitre est consacré à l’étude de l’influence du comportement non linaire du sol et de la structure sur l’interaction sol-fondation-structure. Cette étude montre que la plasticité du sol et des éléments de la structure peut avoir une forte influence sur la réponse sismique de la structure.The thesis concerns analysis of the influence of the soil-foundation-structure interaction on the seismic on the seismic response of buildings. The study is carried out using the finite differences method of the system soil, foundation and structure.The thesis is composed of three parts.The first one concerns analysis of the influence of the soil-foundation-structure interaction on the fundamental frequency of building. The soil-foundation system is modeled using translational and rotational discrete springs. Analyses conducted for various soil and structure conditions showed that the building fundamental frequency depends on the soil-structure relative rigidity (Kss). A chart is proposed for an ease consideration of the influence of the SSI in the determination of the fundamental frequency of buildings.The second part deals with the analysis of the soil-foundation-structure interaction in the elastic domain. It shows that the response of the structure depends on the complex interaction between the soil and the structure. It also shows that the elastic nonlinear behavior of soil makes induces additional difficulties because of the apparition of multiple frequencies in the soil. The third chapter analyses the influence of the soil and structure nonlinearities on the seismic response of the system soil-foundation-structure. This study shows the plasticity of the soil and structural elements have a significant influence on the seismic response of the structure