Thèse doctorat : Génie Civil : INSA LYON : 2003. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 163-171.

Reproduction de : Thèse doctorat : Génie civil et mécanique : Reims : 2009. Reproduction de : Thèse doctorat : Génie civil et mécanique : Dalian University of Technology : 2009. / Thèse rédigée en anglais - Résumé en français et en anglais. Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 121-132.

Titre de l'écran-titre (visionné le 11 janvier 2024) / Ce manuscrit présente un nouveau concept modulaire préfabriquée hybride en bois/aluminium. En particulier, ce document présente un concept de construction mixte dans lequel les éléments structuraux principaux sont préfabriqués en usine en combinant le bois et l'aluminium. La recherche démontre le potentiel des structures hybrides bois-aluminium en termes de durabilité, offrant des constructions modernes légères et résistantes aux séismes. Puisqu'elles sont plus légères et requirent moins de maintenance, les structures bois-aluminium se distinguent des autres structures hybrides. Ce document présente les résultats d'une analyse théorique et numérique sur une structure à plusieurs étages ainsi qu'expérimentale sur une poutre mixte aluminium-bois. / This manuscript presents a development of a new prefabricated and modular hybride timber-to-aluminium construction system. Particularly, this document presents a concept of composite construction in which the main structural elements are prefabricated in the factory by combining timber and aluminum. Research demonstrates the potential of wood-aluminium hybrid structures in terms of durability, offering modern constructions that are light and earthquake resistant. Timber-aluminum structures stand out from other hybrid structures because they are lighter and require less maintenance. This document presents the results of a theoretical and numerical analysis on a multi-story structure as well as an experimental one on an aluminum-timber beam.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie civil : Reims : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. f. 179-182.

Le présent document traite de l'utilisation d'un nouveau platelage en aluminium, présentement développé à l'Université Laval. Ce nouveau platelage, d'une hauteur de 200 mm, se veut une alternative aux dalles en béton armé couramment utilisées dans les ponts routiers. Il est proposé de connecter le platelage à des poutres en acier à l'aide d'une connexion boulonnée antiglissement utilisant des boulons en acier galvanisé ASTM F3125/F3125M-15a de grade A325 et de diamètre M20. L'optique est de développer une action composite totale afin d'obtenir la pleine capacité de la poutre mixte. Cependant, le coefficient de dilatation thermique de l'aluminium étant le double de celui de l'acier, des mouvements différentiels entre le platelage en aluminium et les poutres en acier sont possibles suite à des variations de température. Le comportement de cet assemblage sous les charges thermiques doit donc être étudié. Ce projet propose d'utiliser la méthode des éléments finis à l'aide du logiciel commercial Abaqus afin de déterminer le comportement de cet assemblage face à la combinaison des charges thermiques et mécaniques à l'état limite d'utilisation (ÉLUT) ainsi qu'à l'état limite ultime (ÉLUL). Ces charges sont déterminées à partir des directives du Code canadien sur le calcul des ponts routiers (CAN/CSA S6-14). Les résultats montrent qu'il est possible de développer l'action composite totale entre le platelage en aluminium et les poutres en acier. Aussi, en suivant les recommandations prescrites par cette étude, il est possible de prévenir le glissement sous les charges thermiques et de maintenir le comportement antiglissement de l'assemblage à l'ÉLUT en plus de prévenir la rupture de l’assemblage boulonné sous la combinaison des charges thermiques et mécaniques à l’ÉLUL. / This project concerns the use of a new aluminium bridge deck that is being developed at Université Laval. It is a 200 mm deep aluminium bridge deck, which represents an alternative to the reinforced concrete slabs in bridges. This project proposes to connect the aluminium bridge deck to steel girders using galvanized ASTM F3125/F3125M-15a grade A325 bolts of diameter M20 in a slip-critical connection. Full composite action between the deck and the girders is expected in order to develop the full capacity of the composite section. However, the coefficient of thermal expansion of aluminium, being twice that of steel, differential movements may occur during temperature changes. To understand the behavior of the bolted connection under such thermal loadings, this project uses finite element model with the Abaqus software. The combinations of dead, live and thermal loads at the ultimate limit state (ULS) and serviceability limit state (SLS) are studied. The loads are calculated according to the Canadian Highway Bridge Design Code (CAN/CSA S6-14). Results confirm that full composite action between the aluminium deck and the steel girders can be achieved. Moreover, by following the recommendations of this study, it is possible to eliminate the sliding that may occur during the thermal loading of the beam at the serviceability limit state (SLS). This study also offers a solution to prevent the failure of the bolted connections following the combination of thermal and mechanical loads.

Les planchers font partie des éléments indispensables dans la construction de bâtiments. L'utilisation de matériaux plus écoresponsables comme le bois ainsi que l'incorporation de mélanges de bétons verts innovants dans la construction de planchers composites permettraient non seulement d'obtenir des structures plus performantes, mais seraient également une façon simple pour le Canada de diminuer ses émissions de gaz à effet de serre. L'union du bois et du béton à l'aide de connecteurs aide à augmenter la résistance des planchers en utilisant le béton en compression et le bois en traction. Ces planchers composites permettent d'atteindre une grande portée tout en conservant une structure élancée. Ce mémoire se concentre sur l'amélioration des connecteurs d'entailles qui sont une solution simple et économique utilisée pour créer ce type de plancher. Ces connecteurs ont démontré qu'ils possèdent une grande rigidité initiale suivie d'une phase plastique très ductile. Plusieurs formes d'entailles ont été testées avec du bois lamellé-croisé (CLT) et différents types de béton. Une méthode d'optimisation de conception tenant compte des émissions de CO₂, de la hauteur totale, du coût ainsi que du poids du plancher composite a été développée. Ces essais en laboratoire ont démontré l'efficacité d'une forme de connecteur fermé éliminant l'utilisation de vis. Quant à la méthode d'optimisation, elle a permis de mettre en lumière les points forts et les points faibles des planchers composites et d'élaborer des pistes de solutions afin de les rendre plus compétitifs. Finalement, une analyse du cycle de vie préliminaire comparant les planchers composites, un plancher en béton armé et en CLT a été réalisée. Cette analyse a démontré l'avantage des planchers composites sur les constructions en béton et en bois uniquement. Cette étude a également permis de donner des pistes de solutions afin de diminuer les impacts environnementaux des différents types de planchers. / Floors are an essential part of building construction. The use of more sustainable materials such as timber and the incorporation of innovative green concrete mixes in composite flooring construction would not only result in better performing structures but would also be a simple way for Canada to reduce its greenhouse gas emissions. The combination of timber and concrete with connectors increase the strength of floors by using concrete in compression and timber in tension. These composite floors allow for longer spans while maintaining a slender structure. This thesis focuses on the improvement of notch connectors which are a simple and economical solution used to create this type of floor. These connectors have been shown to have a high initial stiffness followed by a very ductile phase. Several notch shapes were tested with cross-laminated timber and different types of concrete. A design optimisation method that considers CO₂ emissions, total height, cost, and weight of the composite floor was also developed. These experiments demonstrated the effectiveness of a closed shape connector that eliminates the use of screws. As for the optimisation method, it allowed us to highlight the strengths and weaknesses of composite floors and to develop solutions to make them more competitive. Finally, a preliminary life cycle analysis comparing composite floors, a reinforced concrete floor and a CLT floor was performed. This analysis demonstrated the advantage of composite floors over concrete and timber constructions only. This study also allowed us to identify possible solutions to reduce the environmental impacts of the different types of floors.

La thèse comprend 8 chapitres, 3 annexes, 191 figures, 43 tableaux, 13 photos et 181 références bibliographiques. Le corps du texte totalise 135 pages et les annexes 120 pages. Le chapitre 1 constitue lintroduction dans laquelle le contexte et les objectifs de la recherche sont définis. Le chapitre 2 présente létat de la question concernant les colonnes faites de tubes en acier remplis de béton (CFSHS columns - concrete filled steel hollow section columns). Leur comportement à température ordinaire et sous conditions dincendie est analysé ainsi que les paramètres significatifs qui guident leur comportement. Les propriétés du béton auto-plaçant sont aussi examinées dans ce chapitre. Le chapitre 3 est consacré à la présentation du code de calcul SAFIR développé à lUniversité de Liège pour la simulation du comportement structural à température ordinaire et sous conditions dincendie. Le logiciel a été utilisé pour simuler des résultats dessais expérimentaux présentés dans la littérature, et quelques calibrations sont proposées. En utilisant le modèle décrit au chapitre 3, la charge ultime à température ordinaire des colonnes CFSHS est calculée en considérant différents paramètres. On considère essentiellement des tubes de petites dimensions avec un pourcentage élevé darmatures ou contenant un autre profilé métallique. Ce type délément nest pas couvert par les Eurocodes. Des simulations ont été réalisées en vue dexaminer si les méthodes classiques de lEurocode 4 (EN1994-1-1) sont applicables à ce type de section et de voir quelle courbe de flambement est la plus appropriée. Le chapitre 5 décrit la recherche expérimentale réalisée à lUniversité de Liège relative au comportement au feu des colonnes CFSHS. Les essais expérimentaux ont été simulés par SAFIR, tant en ce qui concerne la répartition de la température à lintérieur des éléments que le comportement structural. Un des objectifs de ces calculs était de vérifier si les propriétés thermiques et mécaniques du béton auto-plaçant sont proches de celles du béton ordinaire. En vue de fournir aux bureaux détudes des outils pratiques de dimensionnement, une formule permettant dévaluer la résistance au feu des colonnes CFSHS est proposée dans le chapitre 6. Le domaine dapplicabilité a été étendu par rapport aux études précédentes. Une formule pour colonnes courtes de section carrée a dabord été établie sur base de simulations effectuées à laide de SAFIR en considérant linfluence des paramètres principaux. On examine ensuite si cette formule est aussi applicable à dautres types de profilés. La formule a été étendue en cas des colonnes élancées et à celui des colonnes chargées excentriquement. Létude expérimentale du chapitre 5 est limitée à des sections dassez petites dimensions (< 300 mm), essentiellement pour des problèmes de capacité de mise en charge des laboratoires. En vue de recueillir des informations pratiques pour des profilés de plus grandes dimensions pour lesquels on peut atteindre des résistances au feu de 2 heures et plus, des simulations numériques additionnelles sont présentées dans le chapitre 7, avec des résultats utilisables en bureau détudes. Le chapitre 8 donne les conclusions de létude et présente des suggestions pour des recherches futures.

The aim of this thesis is to assess the time-dependent behavior of a new kind of composite railway bridge deck composed by two precambered and prestressed beams. The method used until now to design these bridge decks is a simple classical computation method with a variable modular ratio. They have been placed only with simply supported spans up to 26 m.<p>It is now considered to apply this construction method for the building of continuous bridges (with larger spans) by connecting simply supported decks on their supports. It is known that this kind of construction will induce an additional and strong time-dependent redistribution of internal forces within the structure. It was felt that an in-depth understanding of the influence of the concrete time-dependent effects in this kind of composite structures is needed before proceeding with the design of statically indeterminate bridges. Two cross-section analysis programs applying the principle of superposition were developed: the first used the age adjusted effective modulus method and the second the step-by-step method. However, it is known that the delayed behavior of concrete does not fully comply with the principle of superposition. It appears that after a period of compression creep, creep recovery is significantly less than predicted by the superposition principle. In the construction phases of this bridge deck, the concrete fibers belonging to the bottom side of prestressed beams undergo a stress/strain history of significant unloading when the permanent loads are applied step-by-step. Moreover, these methods assume that the relative humidity remains constant. Finally, a lot of bridge decks are heated in order to transfer the prestressing as soon as possible. To evaluate more finely the time-dependent effects of concrete in such composite (and rather complex) structures with variable loading history, several steps have been carried out: <p>-Analysis of the influence of the heat treatment applied in the workshop and the level of applied stress on the creep and the shrinkage of the concrete.<p>-Analysis of the recovery phenomenon of the concrete resulting in the selection of the two-function method with the recovery function proposed by Yue and Taerwe.<p>-Development of a cross-section analysis program applying the two-function method to take into account more finely the recovery phenomenon, what resulted in a optimization of the phases of construction of the bridge decks by decreasing the minimum age of concrete before prestressing from 40 hours to 20 hours. <p>-Development of a structural analysis program with beam finite elements and applying the two-function method,what has resulted in an optimization of the phases of construction of continuous bridges composed by the junction of two bridge decks. <p>-Proposition of a modelling based on the understanding of the physico-chemical phenomenona which are at the origin of the delayed effects and coupled to a local analysis of the evolution of the degree of hydration and the internal relative humidity in order to take into account the changes of the boundaries conditions in terms of heat and moisture exchanges occurring along the construction history of the bridge decks in the evaluation of their long-term behavior. For each component of the delayed strains (the thermal strain, the autogenous shrinkage, the desiccation shrinkage, the desiccation creep, the basic creep), a modelling has been proposed.<p>-Development of a cross-section analysis program based on the numerically stable algorithm with increasing time steps for integral-type aging creep proposed by Bažant and including the different components of the delayed effects according to the proposed modelling.<p>The results seem to be very promising since it was possible to reproduce in a more realistic way the evolutions of the measured strains of the composite railway bridge deck instrumented in June 2000 and situated near Brussels South Station. <p><p><p>L’objectif de cette thèse est de prédire le comportement à long terme de structure mixte type pont-bac composée de poutres préfléchies, précontraintes et construites par phases. A l’heure actuelle, ils sont dimensionnés à l’état limite de service par une méthode traditionnelle pseudo-élastique avec un coefficient d’équivalence acier-béton variable. Il est envisagé d’étendre ce type de construction à la réalisation de viaducs hyperstatiques permettant de franchir de plus grandes portées en établissant une continuité entre deux travées au droit de leur support commun. Il est connu que ce type de construction induit une importante redistribution des efforts internes dans la structure. Il est donc indispensable d’évaluer très finement l’influence des effets différés du béton sur ce type de construction. Deux programmes généraux d’analyse de section basés sur la méthode du module effectif ajusté et la méthode pas-à-pas ont tout d’abord été développés. Ces méthodes appliquent le principe de superposition. Des limitations propres à ces méthodes ont été relevées pour des historiques où le béton subit plusieurs déchargements significatifs par rapport à son état de contrainte initial juste après le transfert de la précontrainte. Ces méthodes ont aussi l’inconvénient de supposer une humidité relative constante. Enfin,pour pouvoir être mis en précontrainte le plus tôt possible, les ponts-bacs sont chauffés. Les caractéristiques de retrait et de fluage s’écartent de celles déterminées en laboratoire sur des éprouvettes conservées à 20°C. Pour lever les limitations des méthodes classiques et évaluer plus finement l’état de contrainte et de déformation à long terme dans ce type de structure, plusieurs étapes ont été effectuées :<p>-Analyse de l’influence d’un traitement thermique appliqué dans les mêmes conditions que celles effectuées chez le préfabricant ainsi que du niveau de contrainte appliqué sur les déformations différées du béton. <p>-Analyse de l’influence de l’application de déchargements à des âges divers sur les éprouvettes de béton permettant de mettre en évidence le fait que la méthode dite aux deux fonctions avec la fonction de recouvrance proposée par Yue et Taerwe reproduit la plupart des résultats expérimentaux de manière très satisfaisante.<p>-Développement d’un programme d’analyse en section suivant la méthode pas-à-pas étendu à la méthode aux deux fonctions afin de mieux tenir compte de la recouvrance, ce qui a permis d’optimiser les phases de préfabrication des ponts-bacs en changeant l’instant de mise en précontrainte. Les simulations ont montré que si le béton du pont-bac est chauffé, la mise en précontrainte peut s’effectuer à 20 heures d’âge du béton. <p>-Développement d’un programme d’analyse de structure au moyen d’éléments finis de type poutre et dont l’algorithme de résolution applique la méthode aux deux fonctions, ce qui a permis d’optimiser les phases de construction de viaducs hyperstatiques constitués par la jonction de deux ponts-bacs. <p>-Proposition d’une modélisation fondée sur la compréhension des phénomènes physico-chimiques à l’origine des effets différés et couplée à une étude locale de l’évolution du degré d’hydratation et de la teneur en eau permettant de tenir compte des changements de conditions aux limites en terme d’échange de chaleur et d’humidité qui ont lieu au cours de l’histoire des ponts-bacs dans l’évaluation de leur comportement à long terme. Pour chaque composante des déformations différées (le retrait thermique, le retrait endogène, le retrait et le fluage de dessiccation, le fluage fondamental), une modélisation a été proposée.<p>-Développement d’un programme d’analyse de section basé sur une approche incrémentale avec l’algorithme récursif et exponentiel proposé par Bažant et dans lequel les composantes des effets différés ont été intégrées suivant la modélisation proposée. <p>Les résultats sont encourageants car ils ont permis de reproduire de manière beaucoup plus réaliste les évolutions des déformations mesurées dans le pont-bac instrumenté à Bruxelles. <p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished