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.
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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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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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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.
Author: Eric Augeard Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'objet de ce travail de recherche est d'étudier le comportement mécanique de structures multi-matériaux d'un point de vue empirique et théorique. Ces structures mixtes s'articulent autour de plusieurs matériaux : le bois, le béton, les résines et les armatures. Le but est de tirer avantage de chaque matériau pour améliorer le comportement général de la structure tant au niveau de la résistance ultime que de la rigidité. De nouvelles méthodes de liaison sont également étudiées pour proposer de nouvelles solutions constructives innovantes dans le domaine du Génie Civil. La première partie de ce travail est consacrée à l'étude des liaisons bois-béton. Ainsi une analyse expérimentale est menée à l'aide d'essais push out pour déterminer les meilleures configurations permettant la connexion des matériaux bois et béton. Ces essais push out ont permis de caractériser les joints collées bois-béton sous différentes configurations et ont également permis de retenir deux systèmes constructifs : une par voie sèche et une par voie humide. La seconde étape consiste à tester ces méthodes de fabrication à grande échelle. Une campagne expérimentale sur des poutres de 8 m de long et des planchers de 8,15 m a donc débuté. Des essais de flexion 4 points en chargement quasi statique ont permis de caractériser le comportement mécanique de onze configurations de poutres. Les résultats confirment l'intérêt des sections hybrides dans la construction : gain de capacité portante et gain de rigidité. Le collage et le nouveau système de liaison sont donc des systèmes performants qui évitent tout glissement entre les matériaux. Les tests sur plancher montrent que comparer aux charges classiques en bâtiment, les panneaux ont une marge de sécurité vis-à-vis de l'état limite de service et de l'état limite ultime. La dernière étape se concentre sur l'étude d'un chargement cyclique des panneaux hybrides. Un essai de flexion 4 points est utilisé pour solliciter pendant un million de cycles les planchers entre 4 et 20 kN. Ces charges correspondent respectivement à un plancher déchargé avec le poids mort du carrelage, cloisons et faux-plafond et un plancher chargé avec des charges d'exploitation de bureaux. Après les essais cycliques, un test de résistance résiduelle est également effectué. En parallèle, une étude analytique pour modéliser le comportement mécanique instantané des structures hybrides est effectuée. Ce modèle analytique se base sur un calcul itératif en étudiant les déformations de la section et en équilibrant les forces internes. Le comportement mécanique de chaque matériau est pris en compte et notamment leur non-linéarité. Ce modèle développé en chargement statique a également été adapté pour prendre en considération le fluage des matériaux et ainsi obtenir le comportement différé des structures bois-béton.
Author: Maxime Audebert
Author: Maxime Audebert
Author: MYRIAM.. CHAPLAIN
Author: Bohan Xu
Author: Bohan Xu
Author: Eric Augeard
Author: Julius K. Natterer (Civil engineer, Germany, Switzerland)