Approche expérimentale et modélisation du comportement au feu d'assemblages bois sous différents types de solliciations PDF Download
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Author: Maxime Audebert Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
La connaissance du comportement au feu des structures est primordiale pour la maîtrise des risques en situation d'incendie. Pour le bois, matériau combustible, des travaux expérimentaux et de simulations numériques ont montré que ce matériau avait un comportement intéressant en situation d'incendie, car il se consume de façon maîtrisable. Cependant, ces travaux restent limités au regard de la complexité du comportement du matériau, des composants et des assemblages à base de bois. L'étude de la stabilité au feu des structures bois nécessite la connaissance de l'évolution des caractéristiques mécaniques et thermiques des liaisons (résistance et rigidité) dont dépend le comportement mécanique des structures. Pour une meilleure compréhension du fonctionnement mécanique des assemblages en situation d'incendie, la mise en place de modèles numériques, validés par essais, est nécessaire. Dans cette étude, l'objectif est d'utiliser un modèle numérique le plus précis possible afin de définir des méthodes simplifiées de calcul d'assemblages, facilement utilisables par les professionnels. Les résultats d'essais réalisés sur les assemblages bois-bois et bois-métal servant de base à la validation des modèles du comportement thermomécanique sont présentés. Il s'agit d'essais de traction longitudinale, transversale et d'essais de flexion sous conditions normales et sous actions thermiques normalisées. L'étude thermomécanique des assemblages est effectuée à partir de deux maillages tridimensionnels différents pour les calculs thermique et mécanique. Pour le modèle mécanique, les discontinuités sont prises en compte à travers des éléments de contact aux interfaces des pièces assemblées. Pour le calcul thermique, le maillage est continu et la résistance due au contact entre les éléments est ainsi négligée. Les modèles mécaniques et thermiques sont validés sur la base des résultats expérimentaux (courbes force-glissement et températures). Le modèle mécanique permet par ailleurs d'analyser la distribution des contraintes au sein des assemblages et d'évaluer l'influence de différents critères élasto-plastiques ou de rupture représentant le comportement mécanique du bois. Enfin, le modèle thermomécanique, a permis de simuler le comportement des assemblages testés en situation d'incendie. Le résultat utilisé pour valider le modèle thermomécanique est la durée de résistance au feu de l'assemblage. Cette durée est définie à l'aide des courbes glissement-temps obtenues par le modèle numérique. De bons résultats sont obtenus pour la prédiction des temps de rupture. L'évolution de la distribution des efforts sur les différents organes en fonction de la durée d'exposition au feu est aussi présentée. Ainsi, le modèle développé dans ce travail permet de bien représenter le comportement thermomécanique des assemblages étudiés. Il représente aussi un outil intéressant pour analyser le comportement au feu d'assemblages constitués de plusieurs organes métalliques. Il permet de servir de base pour développer une approche multiparamètre basée sur des plans d'expérience numérique. Ces travaux permettront de proposer des méthodes de dimensionnement simples, validés par les modèles numériques, et utilisables par les praticiens de la construction.
Author: Maxime Audebert Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La connaissance du comportement au feu des structures est primordiale pour la maîtrise des risques en situation d'incendie. Pour le bois, matériau combustible, des travaux expérimentaux et de simulations numériques ont montré que ce matériau avait un comportement intéressant en situation d'incendie, car il se consume de façon maîtrisable. Cependant, ces travaux restent limités au regard de la complexité du comportement du matériau, des composants et des assemblages à base de bois. L'étude de la stabilité au feu des structures bois nécessite la connaissance de l'évolution des caractéristiques mécaniques et thermiques des liaisons (résistance et rigidité) dont dépend le comportement mécanique des structures. Pour une meilleure compréhension du fonctionnement mécanique des assemblages en situation d'incendie, la mise en place de modèles numériques, validés par essais, est nécessaire. Dans cette étude, l'objectif est d'utiliser un modèle numérique le plus précis possible afin de définir des méthodes simplifiées de calcul d'assemblages, facilement utilisables par les professionnels. Les résultats d'essais réalisés sur les assemblages bois-bois et bois-métal servant de base à la validation des modèles du comportement thermomécanique sont présentés. Il s'agit d'essais de traction longitudinale, transversale et d'essais de flexion sous conditions normales et sous actions thermiques normalisées. L'étude thermomécanique des assemblages est effectuée à partir de deux maillages tridimensionnels différents pour les calculs thermique et mécanique. Pour le modèle mécanique, les discontinuités sont prises en compte à travers des éléments de contact aux interfaces des pièces assemblées. Pour le calcul thermique, le maillage est continu et la résistance due au contact entre les éléments est ainsi négligée. Les modèles mécaniques et thermiques sont validés sur la base des résultats expérimentaux (courbes force-glissement et températures). Le modèle mécanique permet par ailleurs d'analyser la distribution des contraintes au sein des assemblages et d'évaluer l'influence de différents critères élasto-plastiques ou de rupture représentant le comportement mécanique du bois. Enfin, le modèle thermomécanique, a permis de simuler le comportement des assemblages testés en situation d'incendie. Le résultat utilisé pour valider le modèle thermomécanique est la durée de résistance au feu de l'assemblage. Cette durée est définie à l'aide des courbes glissement-temps obtenues par le modèle numérique. De bons résultats sont obtenus pour la prédiction des temps de rupture. L'évolution de la distribution des efforts sur les différents organes en fonction de la durée d'exposition au feu est aussi présentée. Ainsi, le modèle développé dans ce travail permet de bien représenter le comportement thermomécanique des assemblages étudiés. Il représente aussi un outil intéressant pour analyser le comportement au feu d'assemblages constitués de plusieurs organes métalliques. Il permet de servir de base pour développer une approche multiparamètre basée sur des plans d'expérience numérique. Ces travaux permettront de proposer des méthodes de dimensionnement simples, validés par les modèles numériques, et utilisables par les praticiens de la construction.
Author: Alphose Zingoni Publisher: CRC Press ISBN: 1315850788 Category : Science Languages : en Pages : 960
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Research and Applications in Structural Engineering, Mechanics and Computation contains the Proceedings of the Fifth International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation (SEMC 2013, Cape Town, South Africa, 2-4 September 2013). Over 420 papers are featured. Many topics are covered, but the contributions may be seen to fall
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Les liaisons par broches ou boulons, largement utilisées dans les structures en bois, sont conçues pour transmettre des efforts de cisaillement et des moments de flexion entre les éléments assemblés tels que les poteaux et les poutres dans les portiques traditionnels. Pour ce type de liaison, les assemblages bois-bois sont souvent utilisés avec ou sans renforcement par plaques collées ou contre-plaqué ou autres matériaux. Pour répondre à certaines exigences architecturales, de résistance mécanique et de tenue au feu, les assemblages bois-bois sont souvent remplacés par des assemblages mixtes bois-métal où la plaque métallique est protégée par des éléments en bois. Des essais sont réalisés sur des assemblages bois-métal à organes multiples sollicités en traction parallèle et perpendiculaire aux fibres et en flexion pour disposer de résultats expérimentaux de référence. En se basant sur ces résultats, un modèle éléments finis 3D est développé en utilisant les hypothèses suivantes : une loi matérielle élasto-plastique non linéaire pour l'acier, des lois de contact et de frottement entre les broches métalliques et le bois et une loi élastique parfaitement plastique pour le bois sur la base du critère de Hill associé ou non au critère de Hoffman qui représente la rupture du bois. Pour la modélisation du matériau bois, qui est la partie la plus délicate, différentes approches sont utilisées dans la littérature. Il s'agit de modèles souvent basés sur des critères de plasticité anisotrope comme celui de Hill. Cependant, ce critère ne prend pas en compte la dissymétrie du comportement du bois entre traction et compression et ne tient pas compte du caractère fragile du matériau en traction perpendiculaire au fil de cisaillement. Pour combler ces insuffisances, le critère de Hill est associé au critère de Hoffman qui représente l'évolution du dommage dans le matériau bois par une réduction du modèle d'élasticité. Ce critère est particulièrement adapté au comportement mécanique fragile de la traction perpendiculaire au fil du bois. Ainsi, le critère de Hill gère la plasticité bien acceptée pour les sollicitations du bois en compression et le critère de Hoffman est utilisé pour représenter le comportement fragile du bois en traction perpendiculaire et en cisaillement. La confrontation des résultats numériques et expérimentaux montre que le modèle numérique proposé représente de façon satisfaisante le comportement d'assemblages bois sous différents types de sollicitations. Le modèle ainsi validé est utilisé pour mener des études paramétriques sur des configurations d'assemblages plus variées que celles des essais expérimentaux. Sur la base des résultats du modèle, des expressions analytiques portant sur la prédiction du comportement des assemblages sont proposées ou vérifiées
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Les structures en bois sont de plus en plus utilisées de nos jours dans les constructions de génie civil. Cette utilisation massive du bois s'explique notamment par le caractère écologique du matériau et son attrait esthétique. Ces structures sont composées d'éléments en bois assemblés entre eux à l'aide d'organes métalliques tels que des boulons, broches, plaques métalliques,...etc. La résistance globale de la structure est étroitement liée aux capacités résistantes de ses liaisons. Ces zones constituent donc des endroits vulnérables lors d'un incendie. La compréhension de leur comportement sous sollicitation thermique de type incendie nécessite donc une attention particulière. Le bois est connu comme matériau anisotrope et relativement humide. La grande variabilité de ses propriétés mécaniques et la présence d'organes métalliques dans les assemblages rendent l'étude de ceux-ci beaucoup plus complexe. C'est notamment le cas en situation extrême d'incendie où la connaissance des valeurs de certains paramètres en fonction de la température est plus ou moins approchée. Lorsque l'assemblage est sollicité par des hautes températures, des flux thermiques et hydriques se manifestent et agissent sur les caractéristiques mécaniques et physiques des matériaux. Les méthodes actuelles de calcul technique de ces structures restent très sécuritaires et tendent à être simplificatrices dans certains cas. Une meilleure caractérisation de la réponse de ces assemblages sous action thermique s'impose si l'on veut optimiser les structures. Pour étudier les transferts thermiques et hydriques dans les éléments d'assemblages bois, deux approches ont été adoptées : expérimentale et numérique. L'approche expérimentale qui débute par l'étude d'un assemblage mono-tige soumis à l'action du feu ISO 834. L'étude des transferts thermiques à différents endroits des assemblages est réalisée ainsi que l'influence de la présence de la plaque métallique et le choix du type d'organes métalliques. Les résultats obtenus ont conduit à l'étude des deux éléments principaux de l'assemblage que sont le bois et les tiges métalliques. Les résultats obtenus permettent à la fois une meilleure compréhension et quantification de l'influence du choix de la tige métallique, de la présence de l'eau dans le bois. L'étude numérique a consisté à la mise en place de différents modèles. Un premier modèle simplifié basé sur les différences finies est réalisé. Il permet l'étude des transferts thermiques dans les organes métalliques. Ensuite deux modèles utilisant les éléments finis sont réalisés : le premier utilisé sous le code de calcul Msc.Marc et le second a été programmé ave des éléments finis surfaciques. Ce dernier modèle permet la prise en compte du comportement thermo-hydrique dans le matériau. Ils rentrent dans le cadre de la calibration des paramètres thermomécaniques du bois sous hautes températures et permettent d'aborder différentes configurations d'assemblages bois. Enfin une étude comparative et de discussion est réalisée entre les résultats réels et les résultats numériques. Les résultats obtenus sont satisfaisants.
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Des essais sont r alis s sur des assemblages bois- m tal organes multiples sollicit s en traction parall le et perpendiculaire aux fibres et en flexion pour disposer de r sultats exp rimentaux de r f rence. En se basant sur ces r sultats, un mod le l ments finis 3D est d velopp en utilisant les hypoth ses suivantes: une loi mat rielle lasto- plastique non lin aire pour l'acier, des lois de contact et de frottement entre les broches m talliques et le bois et une loi lastique parfaitement plastique pour le bois sur la base du crit re de Hill associ au crit re de Hoffman qui repr sente la rupture du bois. La confrontation des r sultats num riques et exp rimentaux montre que le mod le num rique propos repr sente de fa on satisfaisante le comportement d'assemblages bois sous diff rents types de sollicitations. Le mod le ainsi valid est utilis pour mener des tudes param triques sur des configurations d'assemblages plus vari es que celles des essais exp rimentaux. Sur la base des r sultats du mod le, des expressions analytiques portant sur la pr diction du comportement des assemblages sont propos es ou v rifi es.
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LE COMPORTEMENT DES STRUCTURES EN BOIS SOUMISES A DES SOLLICITATIONS SISMIQUES EST FORTEMENT DEPENDANT DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES DE SES ELEMENTS D'ASSEMBLAGES: CEUX-CI CONSTITUENT EN EFFET DES ZONES PRIVILEGIEES DE DISSIPATION D'ENERGIE. L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST DE MIEUX ANALYSER LA DUREE DE VIE ET L'EVOLUTION DE L'ENDOMMAGEMENT D'ASSEMBLAGES SOUMIS A DES CHARGEMENTS SEVERES. LA DEMARCHE EST BASEE SUR UNE ETUDE PHENOMENOLOGIQUE SUR EPROUVETTES ET UNE VALIDATION SUR ASSEMBLAGES. UNE CAMPAGNE D'ESSAIS A ETE REALISEE SUR DES EPROUVETTES DE TYPE ASTM DE RESINEUX AINSI QUE SUR DES ASSEMBLAGES AVEC DES PIECES LATERALES EN BOIS OU EN ACIER, MONO OU MULTIBOULONNES, EN CONFIGURATION PARALLELE OU PERPENDICULAIRE. LE CHARGEMENT APPLIQUE EST SOIT STATIQUE, SOIT RAMPE, SOIT CYCLIQUE ONDULE OU ALTERNE DE FORTE INTENSITE. LA FREQUENCE DE SOLLICITATION EST COMPRISE ENTRE 0,1 ET 5 HERTZ. LA RUPTURE DES ASSEMBLAGES BOIS MONOBOULONNES A FLASQUES METALLIQUES MINCES SE PRODUIT AU NIVEAU DU BOIS. CECI EXPLIQUE LA SIMILITUDE DE LEUR COMPORTEMENT AVEC CELUI DES EPROUVETTES D'ENFONCEMENT. LES RESULTATS ISSUS DES ESSAIS SUR ASSEMBLAGES BOIS-BOIS PRESENTENT EGALEMENT DES ALLURES DE COMPORTEMENT COMPARABLES A CELLES RELEVEES SUR EPROUVETTES. L'ANALYSE DES ENREGISTREMENTS DES ESSAIS CYCLIQUES A PERMIS DE DETERMINER DES FUSEAUX D'EVOLUTION DU DOMMAGE EN FONCTION DU NIVEAU DE CHARGE APPLIQUE. TROIS MODELES D'ENDOMMAGEMENT ONT ETE ETABLIS ET CALES SUR LES DUREES DE VIE ET LES EVOLUTIONS DE DOMMAGE OBTENUS LORS DES ESSAIS CYCLIQUES SUR EPROUVETTES. LEUR DEVELOPPEMENT A ETE REALISE A PARTIR D'UN MODELE DE DOMMAGE NON LINEAIRE COUPLE A UN MODELE RHEOLOGIQUE VISCO-ELASTIQUE OU ELASTO-VISCO-PLASTIQUE QUI PERMET LA PRISE EN COMPTE DU CARACTERE VISQUEUX DU BOIS. LES PREVISIONS DE DUREE DE VIE ET D'EVOLUTION DE DOMMAGE OBTENUES A PARTIR DE CES MODELES TRADUISENT EGALEMENT DE MANIERE SATISFAISANTE LES OBSERVATIONS EXPERIMENTALES ISSUES DES ESSAIS RAMPES ET CYCLIQUES SUR ASSEMBLAGES MIXTES MONOBOULONNES. BIEN QUE NON ABORDES DANS LA MODELISATION, LES RESULTATS D'ESSAIS SUR ASSEMBLAGES BOIS-BOIS CONSTITUENT UNE BASE D'INFORMATION TRES RICHE POUR LA SIMULATION DU COMPORTEMENT D'UNE STRUCTURE SOUS UN TREMBLEMENT DE TERRE
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Cette étude consiste en l'élaboration d'un modèle éléments finis tridimensionnel décrivant le comportement des assemblages brochés et boulonnés des structures bois sous actions thermiques. Ce modèle intègre les champs de températures dans un modèle mécanique non linéaire. La validation du modèle réalisé à l'aide d'essais est faite en trois étapes : la validation mécanique à froid, celle thermique et celle thermomécanique. Après validation, le comportement des assemblages brochés unitaires est modélisé pour différentes durées d'exposition au feu. Enfin, la modélisation d'assemblages multiples met en évidence la caractérisation du nombre effectif en fonction des champs thermiques
Author: Boris Clouet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La formulation de nouveaux adhésifs durant les dernières décennies a permis de développer des procédés de collage innovants pour l'industrie du bois. Dans cette optique, le collage du bois à l'état vert permet de créer une chaîne d'élaboration de matériaux techniques, sans ruptures de charges dans le processus industriel grâce à un séchage en fin de cycle. Or le collage implique un retrait empêché des assemblages au cours du séchage, induisant un développement de contraintes. À ce jour, de nombreuses études numériques portant sur le comportement du bois collé soumis à des variations hydriques ont été effectuées, sans pour autant avoir été mises en relation avec des études expérimentales. L'extension récente des techniques de corrélation d'images permet d'effectuer des mesures de champs sans contact, particulièrement adaptées à un matériau hygroscopique tel que le bois. L'objectif de la thèse est d'appréhender par des approches expérimentale et numérique les contraintes hydromécaniques qui peuvent survenir dans des assemblages contrecollés. Une expérimentation, permettant de mesurer les champs durant le séchage a été mise en place. Le modèle numérique retenu est un modèle élastique orthotrope, permettant de prendre en compte la morphologie du matériau bois. Nous pouvons identifier les paramètres gouvernant les mécanismes d'endommagement du joint de colle et proposer des conditions de mise en œuvre optimisant la tenue de l'assemblage au séchage.
Author: Imane El Houjeyri Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Il s'agit de travailler sur des poutres multicouches (ou panneaux en bois lamellé-croisé assemblées mécaniquement par des tourillons en bois densifié. Traditionnellement, ce type de poutre, appelé poutre en bois lamellé-collé, est obtenu par collage des lamelles en bois, ce qui assure une liaison « parfaite » conduisant ainsi à une poutre (ou plaque) multicouches dont les caractéristiques peuvent être obtenues par homogénéisation. Dans le sujet proposé, il s'agit de remplacer la colle par des liaisons effectuées par des tourillons en bois densifié. La viabilité des poutres (ou panneaux) assemblées par tourillons en bois densifié (plus écologiques) n'est pas encore tout à fait démontrée et reste donc exploratoire. L'analyse de ce type de structures (en statique ou en dynamique) doit prendre en compte le fait que la liaison entre les lamelles est semi-rigide. Donc, il est justement prévu de caractériser expérimentalement et à grande échelle ce type de structures. L'objectif principal de la thèse proposée est d'évaluer la réponse structurelle sous charges monotone et cyclique. Plus particulièrement, la réponse sous charge cyclique est évidement un paramètre clé pour la validation de ce type d'assemblage sous charge sismique. Dans le cadre de cette étude, il est envisagé d'utiliser la simulation numérique (utilisation d'Abaqus) afin de réduire les tests expérimentaux couteux et d'optimiser les choix de conception retenus.
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Ce travail de doctorat a pour objectif de proposer un outil ingénieur de modélisation numérique pour le dimensionnement d'assemblage de structures bois de type tige sollicités dans leurs plans (sollicitations N, M, V). Il s'inscrit dans un contexte où les besoins de l'ingénieur pour le dimensionnement de ce type d'assemblage, en particulier sur l'estimation de la raideur et de la distribution des efforts, sont croissants. Un modèle tridimensionnel de poutre élastoplastique sur des appuis non linéaires a été retenue comme base de développement afin de modéliser le comportement mécanique local de l'interaction organe-bois. Ces appuis non linéaires servent à décrire le comportement en enfoncement de l'organe dans l'épaisseur des éléments bois. Des essais d'enfoncement sur plusieurs matériaux et diamètres d'organe ont été réalisés pour caractériser ce comportement. Une méthodologie d'analyse de courbes d'essai d'enfoncement a été proposée pour être en adéquation avec le modèle utilisé. Dans le cadre d'un travail collaboratif européen, cette méthodologie a été utilisée sur des résultats expérimentaux de quatre laboratoires de recherche afin de constituer une base de données. L'analyse de cette dernière a permis de proposer différentes équations empiriques pour estimer des paramètres physiques de l'enfoncement. La modélisation proposée est développée à l'aide du code de calcul aux éléments finis Cast3M. Celle-ci intègre tous les comportements matériels de l'assemblage. Cela donne une estimation précise de la distribution des efforts des organes de l'assemblage générée par des sollicitations planes, ainsi que les raideurs axiales et rotationnelles. La modélisation a mis en évidence l'influence de l'élancement de l'organe dans l'épaisseur de l'assemblage sur l'estimation de la raideur d'assemblage.
Author: Maxime Audebert
Author: Maxime Audebert
Author: Alphose Zingoni
Author: Bohan Xu
Author: Abdoulaye Samake
Author: Bohan Xu
Author: MYRIAM.. CHAPLAIN
Author: Karine Laplanche
Author: Boris Clouet
Author: Imane El Houjeyri
Author: Romain Lemaître