Dans un contexte où l’on cherche à limiter l’empreinte écologique milieu bâti et à valoriser les ressources locales, le bois s’est imposé comme un matériau incontournable dans le secteur de la construction. Parmi les produits de bois d’ingénierie, le bois lamellé-collé est l’un des plus fréquemment utilisés. Les produits actuellement offerts sont presque exclusivement composés d’espèces résineuses. Toutefois, un regain d’intérêt pour les espèces feuillues est aujourd’hui manifeste, en raison de leurs propriétés mécaniques impressionnantes ainsi que de leur apparence noble et distinctive. L’objectif de ce projet était d’évaluer la faisabilité technique d’un bois lamellé-collé structural composé d’espèces feuillues du nord-est de l’Amérique du Nord. Le chapitre consacré à l’identification des propriétés indicatrices pertinentes à la prédiction de la résistance en traction des espèces étudiées a permis de conclure qu’il est possible de classer ces dernières selon leur résistance à partir de propriétés mesurables en contexte industriel. Le chapitre consacré à l’évaluation de la résistance au cisaillement d’assemblages composés de différentes espèces feuillues et adhésifs structuraux a permis d’identifier les combinaisons les plus appropriées pour un produit d’ingénierie structural composé de ce type. Le troisième et dernier chapitre a permis de sélectionner un profil de joint à entures multiples qui convient aux espèces étudiées et de mettre à l’essai des poutres pleine grandeur. Les résultats ont confirmé que la rupture de l’élément se produit consécutivement à la rupture d’un joint situé dans la lamelle inférieure de la poutre. Une optimisation plus poussée des paramètres d’aboutage permettrait d’augmenter considérablement la résistance du produit. Les poutres fabriquées et mises à l’essai ont atteint une résistance de 47,0 MPa pour le frêne d’Amérique et de 41,6 MPa pour le bouleau jaune, pour des modules d’élasticité respectifs de 15 078 et 16 712 MPa. La rigidité supérieure constitue un atout majeur du produit. / The current growing demand for engineered wood products in the construction sector is largely attributable to their outstanding ecological performance. Aware of the market opportunities as well as of the lack of high value-added opportunities for some wood species, industry and policy-makers from several jurisdictions have recently joined forces to develop products made from non-conventional species, especially with hardwoods. In addition to the possibility of creating products with a noble and distinctive appearance, the high mechanical properties of some hardwood species offer the opportunity to create engineered products of outstanding strength. The objective of this study was to assess the technical feasibility of a glued-laminated timber made from northeastern North American hardwood species. Work presented in the first chapter confirmed that it is feasible, using a modelling approach, to predict the UTS of white ash and yellow birch lumber from the density, dynamic modulus of elasticity, sinus of the maximum local grain deviation (SGDmax) and Knot Area Index (KAI). Work presented in chapter 2 has shown that acceptable wood failure levels can be achieved in bondline shear strength tests with commercially available structural adhesives. Tensile tests on finger-jointed lamellae presented in chapter 3, allowed to select the 15 mm finger joint as the most appropriate for the jointing of the investigated species. Bending tests conducted on full-size hardwood glued-laminated timber beams, also presented in chapter 3, confirmed the possibility to achieve a bending strength up to 47.0 MPa for white ash and 41.6 MPa for yellow birch, with a corresponding modulus of elasticity of respectively 15 078 and 16 712 MPa. Since the failure of the beams initiated at the finger joints, further study and optimization of the finger-jointing parameters would lead to a superior bending strength.

Ce mémoire de recherche-création documente les qualités et les contraintes du panneau X-LAM. Le potentiel d’utilisation mis en exergue par une recension de littérature est ensuite mis à contribution dans un projet de création architecturale pour en explorer les possibilités structurales et architecturales en contexte canadien. Le projet de création consiste en un bâtiment de hauteur moyenne situé dans l’écoquartier de la Pointe-aux-Lièvres à Québec. En effectuant une portion de la démarche par l’exploration architecturale, cette recherche-création veut approfondir non seulement les connaissances, mais aussi les pratiques liées à l’utilisation du panneau X-LAM. La présence simultanée de recherche et d’expérimentation vise aussi à questionner les liens qui unissent la recherche et la création en conception architecturale. / This research-creation thesis addresses the qualities and constraints of X-LAM panels. Its proprieties, first gathered in a literature review, are used as input in an architectural creation project to explore the panel structural and architectural potential in Canadian context. The conception project is a mid-rise building located in Pointe-aux-Lièvres’s econeighborhood, in Québec city. By completing part of the process with architectural exploration, this research-creation seeks to deepen the knowledge and practice related to the uses of X-LAM panels. The simultaneous presence of research and experimentation also wants to question the relationship uniting research and creation in architectural conception.

On assiste à une reprise d’intérêt pour l’utilisation du bois comme matériau structural dans la construction de ponts et d’édifices. Le bois lamellé-collé (BLC) est généralement le produit de bois d’ingénierie retenu pour la fabrication des poutres de bois à longue portée. Cependant, de nouvelles approches sont nécessaires afin d’augmenter la longueur des portées actuellement réalisables avec ce matériau compte tenu des limites imposées par les propriétés mécaniques du bois et par les caractéristiques géométriques des sections de BLC. Une approche abordée dans ce mémoire est le développement de sections composites combinant le BLC avec d’autres matériaux. Ce mémoire rapporte la conception et les essais sur des configurations innovatrices de poutres en bois lamellé-collé assemblées avec une ou des planches en béton fibré à ultra-haute performance (BFUP) et des bars d’armature en acier ou en polymère renforcé de fibres (PRF). Le document fournit des détails sur les concepts généraux étudiés, décrit certains des problèmes rencontrés lors de la fabrication des poutres composites et fait ressortir les résultats des essais de flexion en quatre points qui ont été effectués sur les spécimens.

Depuis les années 90, les architectes ont conçu des bâtiments fortement vitrés. Bien que la lumière naturelle soit plus qu'abondante, leur efficacité énergétique est toutefois questionnée. Pour réduire l'intensité énergétique dans les édifices à bureaux, une stratégie efficace réside dans le potentiel de la masse thermique contenu dans les planchers. Dans cette recherche, une dalle structurale de plancher fait en bois d'ingénierie le CLT (panneaux de bois lamellé-collé) est comparer à une dalle de plancher standard en béton. Le but de cette recherche est de comprendre la dynamique des dalles planchers en CLT et d'optimiser la performance énergétique d'un édifice à bureaux virtuels. Différents scénarios comprenant le pourcentage de verre en façade, les températures de consigne et la ventilation naturelle sont optimisés à l'aide du logiciel de simulation DEROB-LTH. Cette recherche présente les résultats de simulation énergétique pour l'intensité énergétique en chauffage et climatisation ainsi que les demandes de pointe pour un édifice à bureaux.

Le gouvernement québécois souhaite valoriser l’utilisation de l’aluminium et du bois d’ingénierie dans la construction et dans la réhabilitation d’ouvrages d’art. Dans le cadre de la vision à court terme des projets de construction, le bois et l’aluminium sont encore aujourd’hui désavantagés. Pourtant, ces deux matériaux pourraient devenir des matériaux concurrentiels pour la réhabilitation du parc routier québécois notamment grâce à leur production locale et leur possibilité de recyclage. Afin d’éviter une vision court-termiste biaisée, la méthode d’arbitrage utilisée est celle de l’analyse de cycle de vie. Cette méthode holistique prend en compte l’ensemble des étapes du cycle de vie. Deux analyses sont réalisées en parallèles. La première concerne les coûts de cycle de vie (ACCV) et la deuxième, les impacts environnementaux (ACV). Ces deux études complémentaires ajoutent une dimension environnementale, aujourd’hui non négligeable, aux futures prises de décision. La première étape de ce projet consiste en la conception du tablier de pont hybride à platelage en aluminium sur poutres en bois lamellé-collé à l’aide de la norme CAN/CSA S6-14 (CSA,2014b). Le pont-type ainsi conçu est par la suite utilisé au cours des analyses de cycle de vie. L’analyse économique se fait à l’aide de la norme ISO 15686-5 (ISO, 2017). L’analyse des impacts environnementaux se fait, elle, à l’aide de le norme ISO 14040 (ISO, 2006a) et 14044 (ISO, 2006b). L’utilisation du bois ainsi que le faible nombre d’opérations d’entretien rendent le tablier aluminium/bois plus avantageux économiquement sur toute sa durée de vie. Les tabliers conventionnels béton/acier assurent une nette diminution des coûts de construction initiaux mais cette tendance s’inverse très vite. Le préfabrication possible des tabliers de pont aluminium/acier et aluminium/bois réduisent les coûts indirects de construction. Ainsi, les tabliers de pont aluminium/bois réduisent de 86 % le coût total du tablier par comparaison avec des tabliers conventionnels. Au niveau des indicateurs environnementaux, le tablier aluminium/bois est également à privilégier. / The Quebec Gouvernment wishes to promote the use of wood and aluminium in the construction and rehabilitation of structures. In the context of the short-term vision of construction projects, wood and aluminium are clearly disadvantaged. However, aluminium and glued laminated timber could become competitive materials for the rehabilitation of the Quebec roadway bridges, in particular thanks to their local production in Quebec and their possibility of recycling. In order to avoid a biased short-term view, the method of arbitration used is that of life cycle analysis. This holistic method makes it possible to take into account all life-cycle stages. Two analyzes are carried out in parallel. The first concerns life cycle costs and the second concerns environmental impacts. These two studies complement each other and add a environmental dimension, which is not negligible today, on decision-making. The first stage of this project consists of the design of the hybrid bridge deck aluminium on glued laminated timber beams using the CAN / CSA S6-14 standard. The bridge-type thus designed is subsequently used during life cycle analyzes. The economic analysis is done using the ISO 15686-5 standard (2017). The environmental impact analysis is done using the ISO 14040 and 14044 standards (2006). The use of wood and aluminium as well as the low number of maintenance operations make the aluminum/wood deck more economically advantageous over its entire lifespan. Conventional concrete/steel decks provide a clear reduction in initial construction costs, but this trend is reversed very quickly. The possible prefabrication of aluminium/steel and aluminium/ wood bridge decks reduces indirect construction costs. Thus aluminium/ wood bridge decks reduce 86 % of the total cost of the conventional bridge deck. In terms of environmental indicators, the aluminium wood/decki s also to be favored

La conception d'assemblages demeure une étape cruciale durant la conception de structures en bois et peut mobiliser jusqu'à 70% du temps d'ingénierie. Les assemblages doivent a cher une résistance et rigidité adéquate en plus d'offrir une capacité de déplacement a n de compenser le comportement fragile du bois à la rupture. Pour l'industrie, ces critères de conception doivent accompagner d'autres critères clés comme le niveau de préfabrication, le coût ainsi que la facilité de fabrication et d'installation. Parmi les alternatives innovantes, les assemblages avec tiges collées (ATC) procurent une grande rigidité et résistance aux structures de bois, mais offrent également une solution esthétique en cachant les tiges à l'intérieur du bois. Malgré ces avantages, l'utilisation des ATC demeure très limitée en Amérique du Nord vu le manque de règles de calcul et de fabrication. La majorité des essais sur le sujet ont été réalisées avec des assemblages ne comportant qu'une seule tige collée a n d'évaluer l'impact des différents paramètres d'assemblage sur sa résistance. Toutefois, l'utilisation d'assemblages avec une seule tige n'est pas pratique courante pour des raisons de stabilité et de résistance. Cela dit, les ingénieurs concepteurs requièrent des instructions claires sur la conception des ATC. À ce jour, il existe un nombre restreint d'équations qui tiennent compte d'un facteur d'ajustement pour les ATC multi-tiges. La résistance des ATC peut être gouvernée par différents modes de défaillance. Dans le but de compenser la distribution non uniforme de la force à travers les tiges et d'atteindre la plastification des tiges (ductilité), les ATC doivent être conçus pour plastifier avant la rupture du bois ou de l'adhésif étant un mode de défaillance fragile. Basé sur la conception aux états limites, il est probabilistiquement acceptable de considérer la rupture ductile des tiges lorsque la résistance par arrachement au 5e percentile est supérieure à la résistance des tiges au 95e percentile. Toutefois, cette affirmation ne peut qu'être exacte que si le fendage du bois est évité. Le projet de recherche porte sur l'étude de l'e et de groupe d'assemblages avec tiges collées comportant 4, 6, 8 et 10 tiges. Les tests quasi-statiques sont effectués sur des spécimens constitués de bois lamellé-collé 20F-EX, de tiges filetées 5/8 po. (15.9mm) ASTM A307 et d'un adhésif structural de type polyuréthane à deux composantes. Les paramètres d'assemblage ont ii été choisis spécifiquement pour assurer la rupture ductile des assemblages avec une longueur d'ancrage de 400mm, tout en assurant une compatibilité de la rigidité des tiges et du bois (Aw · Ew = As · Es). Sept spécimens par série ont été testés. A n d'évaluer un potentiel e et de groupe ductile, les tiges non collées ont également été mises à l'essai. Il a été constaté que la somme des résistances individuelles des tiges a égalé la résistance des spécimens. En d'autres termes, aucun e et de groupe ductile n'a été observé lorsque la rupture ductile gouverne la rupture des assemblages. Par contre, cette affirmation devient invalide lorsqu'une rupture fragile du bois (arrachement, fendage ou rupture de groupe) survient. Au total, la résistance de 29 des 35 tests expérimentaux a été gouvernée par la plastification et la rupture des tiges filetées a chant un déplacement à la rupture de 3 à 7 mm. Vu la faible capacité à se déformer, la plastification des tiges doit être considérée plus importante pour la prédictibilité du comportement de l'assemblage que pour l'obtention d'un certain niveau de ductilité. Lorsqu'une rupture fragile ne peut être écartée, certaines mesures doivent être prises a n de minimiser la distribution non uniforme de la force à travers les tiges d'un ATC et limiter l'e et de groupe. Par sa grande rigidité, les ATC peuvent rompre fragilement ou atteindre la limite élastique des tiges à l'intérieur du premier millimètre de déplacement. Ceci implique un haut niveau de précision en ce qui a trait à la conception, à la fabrication et à l'installation de l'assemblage. Les résultats de l'étude ont montré qu'un torque controllé de 75 N-mm (55 lbf-ft) combiné à une composante métallique de transfert plus rigide ont augmenté la rigidité effective des assemblages de 207%. Premièrement, la rigidité du système de transfert de la charge vers les ATC jouent inévitablement un rôle important dans la distribution de la force à travers les tiges. Deuxièmement, les écrous des tiges filetées doivent être serrés selon un niveau de serrage minimal permettant de fermer les jeux d'assemblage initiaux et d'engager simultanément toutes les tiges d'un ATC. De plus, l'utilisation de contre-écrous est fortement recommandée a n de générer une force de serrage au lieu d'induire une précharge à la portion collée lors de l'installation. La résistance ultime des tiges filetées ASTM A307 a varié de 410 MPa (60 ksi) jusqu'à 640 MPa (93 ksi) soit 50% au-delà de l'exigence minimale. La surrésistance imprévisible peut directement nuire à la capacité du joint à plastifier et donc, absorber la distribution non uniforme de la force à travers les tiges. Par conséquent, il est recommandé d'utiliser une nuance d'acier telle que ASTM F1554 (Classe 36) qui est soudable, tous les deux économiques, possède une résistance minimale semblable (400 MPa / 58 ksi), mais également une résistance ultime maximale (558 MPa / 80 ksi). / The design of connections remains a crucial aspect in the development of timber structures and can represent up to 70% of the design e ort in timber engineering. Connections must provide su cient strength and sti ness, but also su cient ductility and displacement capacity to compensate for the natural brittleness of wood. For the industry, these fundamental criteria must go along with other key criteria like a high degree of prefabrication, cost e ectiveness, aesthetics and ease of installation and manufacturing. Among alternatives to traditional fastening methods, assemblies with glued-in rods provide high sti ness and strength to timber structures and o er aesthetic solutions by hiding the rods inside the timber. Despite these advantages, the use of glued-in rods in North America is still very limited. Most of the previous studies on the subject have been focused on assemblies with single glued-in rods to measure the impact of the various parameters on the performance of the joints. However, using single rods is not common in practice, and the engineers need relevant guidance for the design of assemblies with multiple glued-in rods. To date, a very few design equations include an adjustment factor to account for the group e ect. The resistance of assemblies with multiple glued-in rods can be governed by di erent failure modes. In order to compensate for the uneven force distribution among the rods and to achieve plastic behaviour of the connections, i.e., ductility, the rods must be designed to yield before withdrawal from the wood. To this end, based on the limit states design philosophy, it is probabilistically acceptable to consider a ductile failure when the 5th percentile (characteristic) strength of the bondline is greater than the 95th percentile strength of the steel rod. This project is focused on the investigation of the group e ect on the short-term behaviour of connections with multiple threaded steel rods glued-in parallel to grain of glulam timber and loaded in tension. An experimental study has been conducted on joints with 4, 6, 8 and 10 threaded rods made of mild steel ASTM A307 with a diameter of 15.9 mm (5/8 in.) and a bonded length of 400 mm using a two-component polyurethane adhesive. The joints have been designed with the intent to yield the rods while optimizing the cross-sections to achieve an equal tensile sti ness of the timber elements and the steel rods: AwEw = AsEs. Seven specimens of each joint con guration have been tested in tension by static loading until failure. The tensile strength of individual rods has been determined by testing as well. It iv has been found that the resistance of the joints equaled the sum of the tensile resistance of individual rods. In other words, no group e ect has been observed within this type of failure when the resistance is exclusively governed by the resistance of the rods. However, this statement becomes invalid when brittle failures (splitting) of timber occurs. To minimize the risk of splitting, transverse reinforcement using self-tapping screws was applied in one test series. When brittle failure cannot be avoided, provisions should be made to minimize the non-uniform force distribution among the rods and thus minimize the group e ect. Due to the high sti ness of the connections, the glued-in rod assemblies can fail in a brittle manner or reach the elastic limit within the rst millimeter of displacement. This implies a high level of precision with regards to the design, production and installation of the assemblies. In total, the resistance of 29 out of 35 specimens has been governed according to yield of threaded rods displaying a displacement of 3 to 7 mm. Because of the low displacement capacity of the connection, yielding of the glued-in rods connections should be considered even more important with regards to the behaviour of connections for providing ductility. First, the sti ness of the load-transferring xture plays an important role in the force distribution among the rods. Second, the nuts must be tightened at a minimal controlled torque in order to close initial gaps and engage simultaneously the glued-in rods. Furthermore, counternuts are highly recommended to generate clamping force rather than pre-stressing the bonded inner part while tightening the rods. The test results showed that using a sti load-transferring xture and a controlled torque of 75 N-mm (55 lbf-ft) led to an increase of the e ective sti - ness by 207% compared to specimens tested with a exible load-transferring xture and with nger-tightened nuts. The tensile strength of the threaded mild steel A307 rods varied signi cantly between the minimum required 410 MPa (60 ksi) up to 640 MPa (93 ksi), i.e., over 50% higher than the minimum requirement. The unpredictable over-strength can directly a ect the capacity of the joint to yield, i.e., to absorb the uneven force distribution among the rods. Thus, it is recommended to use a more reliable steel grade, such as ASTM F1554 (Grade 36), which is weldable, has a similar minimum tensile requirement (400 MPa / 58 ksi), but also has a maximum tensile strength requirement (558 MPa / 80 ksi).

Les produits de bois d’ingénierie jointés sont fréquemment utilisés pour la fabrication des éléments structuraux ou non-structuraux comme le lamellé-collé et les poutrelles en I. L’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) est l’espèce la plus utilisée pour la fabrication des produits de bois d’ingénierie jointés dans l’est du Canada. Pour obtenir une surface de qualité satisfaisante au jointage, les paramètres d’usinage doivent être ajustés en fonction des propriétés du bois utilisé. L’objectif principal de cette étude est d’évaluer l’effet de la vitesse de coupe et de l’épaisseur du copeau sur la résistance en traction du bois jointé d’épinette noire de haute masse volumique. Des colombages d’épinette noire ont été jointés sous douze conditions de coupe (4 vitesses de coupe entre 1860 m/min et 3960 m/min et 3 épaisseurs de copeau entre 0,51 mm et 1,27 mm). Un profil de type sans épaulement et une colle de type Polyuréthane Émulsion Prépolymère avec une pression d’assemblage de 3,45 MPa ont été utilisés dans le procédé de jointage. L’analyse factorielle a mis en évidence une interaction statistiquement significative entre la vitesse de coupe et l’épaisseur du copeau sur la résistance en traction (UTS). La vitesse de coupe était la variable ayant le plus influencé la valeur de UTS. L’influence de l’épaisseur du copeau était moins importante, son effet se manifestant seulement pour la vitesse de coupe de 3260 m/min. Les résultats montrent qu’on peut obtenir un bon jointage entre 1860 et 3960 m/min de vitesse de coupe et pour une épaisseur du copeau variant entre 0.51 et 1.27 mm. Le meilleur résultat a été obtenu pour une vitesse de coupe de 3260 m/min et une épaisseur de copeau de 0.89 mm. Ces résultats devraient être validés en usine en conditions d’opération en usine, notamment en évaluant le comportement de l’usure des couteaux. Mots-clés: aboutage, épinette noire, paramètres d’usinage, vitesse de coupe, épaisseur du copeau, haute densité, lamellé-collé, isocyanates. / Finger-jointed softwood lumber is widely used in manufacturing of structural or non structural applications such as glued laminated lumber and prefabricated wood I-joists. Black spruce (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) is the most frequently used species for finger jointed engineered wood products in Eastern Canada. However, some of the key machining parameters must be adjusted according to the properties of the wood in order to obtain a surface quality suited for the finger jointing process. The main objective of this study was to evaluate the effect of the cutting speed and chip load on the ultimate tensile strength (UTS) of finger jointed high density black spruce wood. Four different cutting speeds and three chip loads were used as variables. A feather profile was selected with a polyurethane-based adhesive and an end-pressure of 3.45 MPa. A factorial analysis showed a statistically significant interaction between cutting speed and chip load on the UTS. The cutting speed was the most significant variable affecting finger-jointed high density black spruce. The influence of chip load on UTS was lower, being apparent only at 3260 m/min cutting speed. Results indicated that suitable finger-jointing could be achieved within a range of 1860 m/min and 3960 m/min of cutting speed with a chip-load between 0.51 m and 1.27 mm. However, the best result was obtained at 3260 m/min cutting speed and 0.89 mm chip-load. These results need to be validated by performing running mills to verify for tool wear behaviour.

Les charpentes en bois doivent inévitablement inclure des assemblages pouvant transférer les charges entre les éléments de façon adéquate pour assurer l’intégrité de la structure. Les assemblages sont une partie critique des structures en bois puisque dans la plupart des cas, ce sont ceux-ci qui permettent de dissiper l’énergie et d’obtenir un mode de rupture ductile sous les charges sismiques. Ce mode de rupture est préférable, puisqu’il donne lieu à une grande déformation avant effondrement, permettant ainsi une évacuation des occupants en toute sécurité lors de tremblement de terre. Les assemblages à petits diamètres tels que les clous, les rivets et les vis sont fréquemment utilisés dans les constructions en bois et on suppose qu’ils amènent une rupture ductile bien qu’il soit impossible pour les concepteurs de prédire exactement le mode de rupture à l’aide de la méthode de calcul actuelle. De plus, les rivets ont une application très limitée dû au fait que la méthode de calcul utilisée actuellement s’applique à des configurations, essences et types de produits de bois très spécifiques. L’objectif de ce projet est d’évaluer une nouvelle méthode de calcul proposée par des chercheurs de Nouvelle-Zélande, Zarnani et Quenneville, pour les assemblages à rivets, mais adaptable pour les assemblages de bois à attaches de petits diamètres. Elle permet au concepteur de déterminer avec précision le mode de rupture des assemblages de différentes configurations avec différents produits de bois. Plus de 70 essais sur les assemblages à rivets et à clous résistants à des charges variant de 40kN à 800kN ont été effectués dans le cadre de ce projet de recherche afin de valider l’utilisation de cette méthode avec le produit du bois lamellé-collé canadien Nordic Lam et la comparer avec celle présentement utilisée au Canada. Les modes de rupture ductile, fragile et mixte ont été prévus avec l’emphase sur le mode fragile puisque c’est celui-ci qui est le plus variable et le moins étudié. Les assemblages en bois lamellé-collé Nordic Lam étaient cloués ou rivetés selon différentes configurations variant de 18 à 128 clous ou rivets. Les résultats démontrent une bonne prédiction de la résistance et des modes de rupture des assemblages à clous et à rivets. Pour quelques configurations des assemblages à rivets, les prédictions de la nouvelle méthode sont plus élevées qu’avec la méthode actuelle. Les assemblages à clous ont démontré des ruptures de la tige de clous au niveau du plan de cisaillement lors de tous les essais effectués, ce qui ne correspond pas à un mode ductile ou fragile prévue par la méthode de calcul. / Connections in wood structures must be able to transfer the load between the elements to ensure the structure integrity. Connections are critical in wood structures because under seismic load, they are used to ensure a ductile failure of the entire structure. This failure mode is preferable because it allows to dissipate the energy by developing large deformation, so that safe evacuation of occupants before the building collapse is possible. Small diameter fasteners like nails, screws and rivets are used a lot in wood structures under the assumption that they lead to a ductile failure although the calculations made with the current design method does not allow the designer to be sure of that. Furthermore, rivets have a very limited application because the current design method only applies to very specific configurations and wood species products. The objective of this project is to evaluate a new calculation method proposed by Zarnani and Quenneville from New-Zealand for connections with rivets, which can be extended to other small diameter fasteners in timber connections. It is not limited to specific configurations or wood products and it allows the designer to predict the failure mode. Over 70 tests on riveted and nailed connections with resistances varying from 40kN to 800kN were conducted during this project in order to validate the application of this method using a Canadian-made glulam timber. The new method was compared with design methods currently used in Canada. Ductile, mixed and brittle failure modes were targeted with the emphasis on brittle failure because it has the highest variability and it is the least studied.Wood connections were made of Nordic Lam glulam using rivets or nails with configurations varying from 18 to 128 fasteners. The results show good predictions of the connection resistance and the failure modes of connections with nails and rivets. For some configurations of rivets connections, the predictions of the new method are higher than predictions using the current design method. The nails connections showed rupture of the nails shank near the shear plane in all tests, which does not correspond to ductile or brittle failure modes predicted by the model.

Augmenter la part de marché du bois dans la construction non résidentielle est un objectif important dans les pays où les produits forestiers et de bois d'ingénierie jouent un rôle fondamental. Afin de faciliter la production de structures en bois innovantes, il est nécessaire de mettre sur pied des procédures de réingénierie en termes d’analyse de marché et d’amélioration de la productivité. L'objectif principal de cette thèse est de faciliter la production de bois d'ingénierie (produits en lamellé-collé) destiné à être utilisé dans des structures en bois innovantes telles que les résilles en bois. Pour atteindre ce but, trois objectifs spécifiques sont définis. Le premier objectif est de déterminer les phases de production et les opportunités de marché pour la production de résilles en bois. À cet égard, une revue de la littérature académique et de la littérature grise a été réalisée, et vingt échantillons ont été identifiés et analysés à l'aide de diagrammes de processus et de catégorisations. Les résultats ont montré qu’une structure en résille de bois est utilisée dans l'industrie de la construction en Europe et qu'elle est moins connue en Amérique du Nord, ce qui offre une opportunité de marché pour sa production et sa construction. La catégorisation des échantillons étudiés dans les petites, moyennes et grandes structures et l'identification des acteurs pour chaque catégorie fournissent une vue d'ensemble pour les entreprises qui envisagent la production de cette structure. Le deuxième objectif de cette thèse est de fournir un modèle de simulation pour la production de bois lamellé-collé dans de petites usines et le processus d'application de techniques Lean pour apporter des améliorations. À cet égard, le système de production d’une entreprise québécoise a été analysé et un modèle de simulation créé. Afin d'éliminer chaque source de gaspillage, un outil Lean a été suggéré en fonction de la réalité du système à l’étude. Les résultats ont montré une amélioration notable du temps d’attente et de cycle suite à l’utilisation de techniques issues du Lean. Ils ont également contribué à souligner qu’une élimination du gaspillage limitée à 50% pouvait améliorer la considérablement la productivité pour les petites entreprises et s’avérer un premier pas important dans l’implantation du Lean. Le troisième objectif est de fournir un outil de planification et d'ordonnancement de la production dans un contexte de production multi-projets d’ingénierie sur commande (Engineer-to-Order) de bois lamellé-collé. À cet égard, des modèles d'optimisation ont été créés. Le premier modèle (modèle 1) concerne la minimisation du coût de production total, tandis que le modèle 2 vise la minimisation de la durée totale des projets. Le modèle 3 cherche plutôt à réduire le temps de mise en route sur la presse, le poste goulot du système de production considéré. Le modèle 4 intègre les trois objectifs de réduction des coûts, de durée et de temps de mise en route. Deux scénarios d’ajout de projets de grande et de moyenne envergure ont été conçus et testés. Le test des scénarios démontre qu'il y a une capacité suffisante pour l’ajout d’un projet de grande envergure ou de neuf projets de taille moyenne sans recourir à la sous-traitance. L'ajout d'un projet de grande envergure est plus sensible à la période d'insertion, pouvant exiger du temps supplémentaire selon la date de début du projet. Les travaux de cette thèse permettent donc de fournir des outils d'aide à la décision pour les entreprises œuvrant dans un milieu d'ingénierie sur commande afin d'améliorer leur productivité et la standardisation de leurs processus. / Increasing the share of wood in non-residential construction is an important goal in countries with major forest and engineered wood products. In order to facilitate the production of innovative timber structures, procedures should be re-engineered in terms of market analysis and productivity improvement. The main objective of this thesis is to facilitate the production of engineered wood to be used in innovative wood structures such as timber gridshell. To achieve this goal, three specific objectives are defined. The first objective is to determine production phases and market opportunities for the production of timber gridshell. In this regard, a review of the academic and grey literature was conducted, and twenty samples were identified and analysed by making process charts and categorisations. The results showed that gridshell is used in the construction industry in Europe and is less recognised in North America, which provides a market opportunity for its production and construction. The categorisation of studied samples in small, medium and large structures provides an overview for the companies who consider the production of this structure. The second objective of this thesis is to provide a simulation model for the production of glued laminated timber in small factories and the process of applying lean techniques to make improvements. In this regard, the production system of a Small and medium-sized enterprise (SME) was analysed, and a simulation model was created. In order to eliminate each source of waste, a lean tool was suggested according to the reality of the system under investigation. The lean methods were applied in the simulation model to analyse the potential improvements. Results showed a noticeable improvement in waiting and cycle time. It also showed that applying even 50% elimination of the wastes is also a considerable solution to improve productivity as a beginning step for SMEs. The third objective is to provide a production planning and scheduling tool in the context of multi-project engineer-to-order production of glued laminated timber. In this regard, optimisation models were created. The first model (model 1) concerns the minimisation of total production cost while model 2 aims to minimise projects’ makespan. Model 3 introduces the set-up time reduction and model 4 integrates the three objectives of minimising cost, makespan and set-up time. Two scenarios of adding complex and medium projects were designed and tested. Testing the scenarios showed that there is enough capacity for adding one complex project or nine medium projects without the need to outsource. Adding a complex project is more sensitive to the insertion period and beginning the project in different weeks leads to different results in terms of the overtime requirement. As a result, the work of this thesis provides decision support tools for engineer-to-order environments which could help SMEs to improve their productivity and standardisation.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 avril 2023) / Les tiges collées, soit un assemblage où une tige métallique est dissimulée à l'intérieur d'une pièce de bois au moyen d'un adhésif structural, sont de plus en plus convoitées pour leur rigidité, résistance et esthétisme. Étant un type d'attache relativement nouveau, très peu d'étude relative à la performance au feu a été effectuée. De plus, il n'existe pas de directives sur la conception au feu des tiges collées en Amérique du Nord. Les recherches effectuées suggèrent que l'adhésif structural est la composante gouvernante de l'assemblage à température élevée puisque ses propriétés mécaniques sont considérablement affectées lorsqu'on surpasse sa température de transition vitreuse, résultant en une rupture fragile au niveau du plan de colle de l'assemblage. Puisque ces études étaient surtout effectuées sur un faible éventail d'adhésif et que la température de transition vitreuse se situe dans une plage de température qui est spécifique à chaque adhésif, il était nécessaire d'étudier davantage le sujet. Ainsi, 67 échantillons de tiges collées ont été fabriqués avec un éventail de cinq adhésifs différents (trois époxy et deux polyuréthanes) afin de caractériser la performance au feu des adhésifs utilisés dans les tiges collées, soit l'objectif principal de ce projet de recherche. Les matériaux et les dimensions des échantillons ont été sélectionnés dans l'optique d'obtenir une rupture ductile au niveau de la tige métallique lorsque soumis à un effort de traction axiale à température ambiante. Des analyses mécaniques dynamiques ont été effectuées sur chaque adhésif pour y déterminer leurs propriétés viscoélastiques à différentes températures. À travers ces analyses, trois courbes permettant de déterminer les plages de température de transition vitreuse ont été générées : la courbe du module de conservation, du module de perte et du tan δ. Cette plage de température se situait entre 48°C et 90°C pour l'ensemble des adhésifs étudiés. Pour caractériser la performance au feu des tiges collées, des essais de traction axiale à température stabilisée ont été effectués. Ces essais consistent à insérer les échantillons de tiges collées dans une étuve paramétrée à 200°C jusqu'à ce que la température au niveau du plan colle ait atteint la température cible, qui a préalablement été déterminée à l'aide de la température de transition vitreuse propre à chaque adhésif. Par la suite, les échantillons ont rapidement été transférés au banc d'essais de traction axiale. Des essais de traction axiale à température ambiante ont également été effectués afin d'avoir des valeurs de référence pour chaque adhésif. Finalement, afin de s'assurer que l'effet de post-polymérisation n'ait pas influencé les résultats, des essais additionnels suivant la même procédure ont été effectués sur des échantillons préalablement chauffés, soit ayant un adhésif entièrement réticulé. Les résultats suggèrent que la résistance et la rigidité des tiges collées sont très peu affectées lorsque la température au niveau de la ligne de colle est sous la température de transition vitreuse déterminée par la courbe du module de conservation de l'adhésif réalisée à partie d'une analyse mécanique dynamique, et une rupture ductile est survenue dans la majorité des échantillons. Cependant, lorsque la température à l'interface de l'adhésif est au-delà de cette température de transition vitreuse, une diminution considérable des propriétés mécaniques des tiges collées a été observée pour tous les échantillons, et un mode de rupture fragile au niveau de l'adhésif est survenu dans la plupart des échantillons. La performance au feu de cinq adhésifs structuraux utilisés dans les tiges collées a été caractérisée par des essais de traction axiale à diverses températures stabilisées. Les résultats suggèrent qu'une conception au feu adéquat de ces assemblages consiste à limiter une hausse de température au-delà de la température de transition vitreuse de l'adhésif déterminé par le module de conservation d'une analyse mécanique dynamique au niveau de la ligne de colle, puisque les propriétés mécaniques des adhésifs, et donc des tiges collées, sont grandement affectés au-delà de cette température. Pour ce faire, des précautions telles que l'utilisation de panneaux de gypse, de panneaux de bois, de revêtements de protection contre le feu et/ou augmenter les dimensions de la section de bois sont envisageables. / Glued-in rods, a connection where a metal rod is concealed inside a wood element by means of a structural adhesive, are more and more coveted for their rigidity, capacity and aesthetics. Being a relatively new type of connection, few studies have been performed on their fire performance. Furthermore, there are no fire design guidelines for glued-in rods in North America. The research conducted suggests that the structural adhesive is the governing component of the connection when exposed to elevated temperatures since its mechanical properties are significantly affected when its glass transition temperature is exceeded, resulting in a brittle failure at the glue line interface. Since these studies were mostly performed on a small range of adhesive, further research was needed. Thus, 67 glued-in rods specimen were fabricated with a range of five different adhesives (three epoxies and two polyurethanes) to characterize the fire performance of adhesive used in glued-in rods connections, which is the main objective of this research. The materials and dimensions were selected in order to obtain a ductile failure mode in the metal rod when subjected to an axial tension stress at room temperature. Dynamic mechanical analyses were performed on each adhesive to determine its viscoelastic properties at different temperatures. Through these analyses, three curves were generated for each adhesive to determine the glass transition temperature ranges: the storage modulus, loss modulus and tan δ curves. This temperature range was between 48°C and 90°C for the majority of the adhesives studied herein. To characterize the fire performance of the glued-in rods specimen, axial tension tests at stabilized temperature were performed. These tests consisted of inserting the specimens into an oven set at 200°C until the temperature at the glue line interface reached the target temperature, which was predetermined using the glass transition temperature of each adhesive. Thereafter, the samples were quickly transferred to the axial tension test bench. Axial tension tests at room temperature were also performed in order to have reference values for each adhesive. Finally, to ensure that the post-cure effect did not influenced the results, additional tests following the same procedure were performed on previously heated samples, i.e. with a fully cured adhesive. The results suggest that the capacity and stiffness of the glued-in rods are barely affected when the temperature at the glue line is below its glass transition temperature determined through the storage modulus of a dynamic mechanical analysis, and a ductile failure occurred in the majority of samples. However, when the temperature at the glue line interface is above this glass transition temperature, a considerable decrease of the mechanical properties of the glued-in rods was observed for all samples, and a brittle failure occurred in the adhesive of most samples. The fire performance of five structural adhesives used in glued-in rods was characterized by axial tension tests at various stabilized temperatures. The results suggest that an adequate fire design of this connection is to limit a temperature rise at the glue line interface above the glass transition temperature of the adhesive as determined by the storage modulus of a dynamic mechanical analysis, since the mechanical properties of the adhesive, and thus the glued-in rods, are greatly affected beyond this temperature. Precautions such as the use of gypsum boards, wood panels, fire protection coatings and/or increasing the dimensions of the wood section are possible.