The goal of this research project is to analyze the behavior of columns made with plain concrete and synthetic polypropylene/polyethylene fiber addition. In order to supplement the current data base, an experimental study was carried out on six columns of real size and ordinary concrete resistance confined by circular stirrups and subjected to constant axial loads and cyclic flexure. Three columns were built with concrete of normal resistance with 0% of synthetic fibers and three columns were built of concrete with 1% by volume of synthetic fibers.The used concrete strength varied from 25 to 42 MPa, the resistance of longitudinal steel was 510 MPa, that of the stirrups of 468 and 510 MPa and the axial factor load around 25% Ag f'c . Today, it is possible to explore the behavior in the plastic range of the structural elements under seismic loading. Predictions of behaviour of moment vs curvature as well as predictions of force vs displacement relationship were accomplished. Indeed, the comparison between the experimental results and the prediction made for the specimens with and without fibers shows a very good agreement. In the case of the prediction of the moment vs curvature relationship, the MNPHi software developed by [PAULTRE, 1996] was used and in the case of the prediction of force vs displacement relationship, software DISP96 developed by [LÉGERON, 1998] was used. Finally, the influence of tie spacement as well as addition of fibers were clearly observed.The results show that the presence of polypropylene/polyethylene fibers in the concrete matrix improves ductility, tenacity, and the capacity to dissipate energy. Also, they help to retain the cover concrete.

La réhabilitation parasismique de piliers de ponts et de poteaux de bâtiments en béton armé peut être réalisée efficacement par le confinement à l'aide de polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC), ce qui a été étudié dans le présent projet par des essais en compression-flexion sur huit poteaux, dont quatre ont été réhabilités avec des PRFC. Les ponts, viaducs et bâtiments canadiens construits selon les codes de conception datant d'avant les années 1970 sont propices à subir d'importants dommages lors d'un séisme et même à poser un risque pour la sécurité des utilisateurs/occupants. Depuis, les normes parasismiques ont été grandement améliorées. De plus, avec le vieillissement des infrastructures, des dilemmes importants forcent les décideurs à choisir entre la réhabilitation et la reconstruction. Il importe de quantifier l'amélioration de la performance sismique apportée par le confinement des poteaux avant d'adopter cette technique à grande échelle. Pour cela, il faut étudier la ductilité et la résistance des poteaux confinés et non confinés et évaluer l'amélioration de la capacité de dissipation de l'énergie sismique. Les résultats ont de plus été comparés aux prédictions du modèle de confinement de Eid et Paultre afin d'évaluer la précision de ce modèle. Pour répondre à ces objectifs, huit spécimens ont été construits, quatre ont été réhabilités et tous les poteaux ont été testés par chargements axial constant et latéral cyclique. L'espacement des étriers, le niveau de charge axiale ainsi que l'usage de confinement ont été étudiés. Des courbes d'hystérésis ont ensuite été tracées afin de calculer les gains en capacité de dissipation d'énergie sismique. L'hypothèse de départ était que les poteaux confinés reprendraient une charge latérale maximale légèrement plus élevée, mais surtout qu'ils se déformeraient davantage et qu'ils dissiperaient plus d'énergie avant la rupture. Cette recherche vient combler un manque criant de données expérimentales sur le comportement en flexion-compression des poteaux confinés à l'aide de PRF. Les prochaines recherches pourront se baser sur ces résultats pour explorer d'autres paramètres expérimentaux et éventuellement proposer des articles de normes.

Les tremblements de terre survenus à San Fernando en 1971, à Loma Prieta en 1989, à Northridge en 1994 et au Chili en 2010 ont permis de découvrir les déficiences des ouvrages construits selon les anciennes normes de conception parasismique. Deux des causes majeures de ces déficiences ont été le manque de confinement des sections critiques et les problèmes liés au recouvrement à la base. De ces leçons, les nouvelles normes de construction au Québec adoptent la philosophie du dimensionnement à la performance, interdissent le recouvrement à la base et recommandent un détail de ferraillage plus rigoureux. Étudier le comportement sismique des piliers de ponts au Québec en suivant la philosophie du dimensionnement est l'objectif principal d'un ensemble de projets, dont celui-ci, qui est en cours au Centre de recherche en génie parasismique (CRGP) de l'Université de Sherbrooke. Pour leur réalisation, le pont Chemin des dalles, situé dans la région de Trois-Rivières, a été retenu comme pont type. Étudier le comportement sismique des piliers de ponts en béton armé d'armatures en spires hélicoïdales est l'objectif spécifique de ce projet de maîtrise. De ce fait, un spécimen à échelle réelle a été conçu, construit, instrumenté et testé au laboratoire de structures de l'Université de Sherbrooke. Le renforcement du pilier en béton par des spires hélicoïdales a permis de ceinturer les barres d'armatures longitudinales, d'avoir un comportement plus ductile et une grande capacité à dissiper de l'énergie. En utilisant la méthode par poussée progressive, les états limites et d'endommagement, et les indicateurs liés à la ductilité, à la dissipation d'énergie, à l'endommagement et à l'amortissement du pilier construit ont été déterminés. Certaines réponses du pilier ont été prédites à l'aide de logiciels d'éléments finis. Ces prédictions ont été assez proches de celles mesurées lors de l'essai réalisé au laboratoire. La cartographie de l'endommagement a été aussi prédite. Pour situer l'endommagement du pilier, des formulations sur l'évaluation de la longueur de la rotule plastique ont été utilisées. Le pilier à l'étude a eu un comportement assez ductile, une bonne capacité à dissiper de l'énergie et une stabilité de capacité. La quantification des états d'endommagement du pilier testé, en se basant sur la description des états limites, a été comparable à celles proposées pour d'autres piliers.

Un poteau en BHP présente une déformation axiale qui est tributaire du pourcentage d'armature transversale. Plus ce pourcentage est élevé, plus le gain de déformation l'est aussi. À contrario, ce pourcentage élevé d'armature transversale conduit à la création d'un plan de rupture entre l'enrobage et le noyau de béton. Le béton de l'enrobage devient alors un point faible dans le comportement de l'ensemble de la membrure. Ce dernier éclate lorsque survient la charge maximale dans le béton. Or, en éclatant, il transfert une énergie non souhaitée au noyau du béton confiné qui est endommagé prématurément. Le contrôle de ce transfert d'énergie accumulée lors du chargement peut être effectué par l'ajout de la fibre dans la matrice de béton. À ce jour, aucun code de design ne prend en compte la présence de la fibre dans la matrice de béton en ce qui a trait à son apport structural. Une série d'essais de compression axiale a été effectuée sur 20 spécimens cylindriques de grande taille (1400 x 300 mm) fabriqués avec du béton à haute performance comportant des fibres. Deux types de fibres ont été ajoutés à la matrice du béton : synthétique et métallique. Les fibres métalliques étaient de type ondulé alors que les fibres synthétiques avaient la particularité de s'effilocher lors du malaxage. Le béton, de type semi autoplaçant avait une résistance spécifique de 50 et 80 MPa. Le pas de spire pour chacune des deux résistances spécifiques était de 50 et 100 mm. Le volume de fibres variait de 0,0% à 1,0% avec un pas de 0,50%. La hauteur de mesure de la déformation axiale des poteaux était de 800 mm. Les résultats montrent que la présence des fibres influençait positivement la ductilité et la ténacité des spécimens. L'éclatement du recouvrement à la charge maximale était empêché dans le cas des fibres synthétiques, pour un volume de 0,5% alors que dans le cas des fibres métalliques, un volume 1,0% dans un béton de résistance supérieure était nécessaire pour maintenir en place le recouvrement. À cette observation il faudrait ajouter le fait qu'il existe un pas de spirale adéquat pour rendre efficace la fibre dans la matrice de béton. Ce pas de spirale se situerait entre 50 et 100mm pour ce qui est des fibres synthétiques dans un béton de 50 MPa et inférieur à 50 dans le cas d'un béton de 80MPa. Dans le cas de la fibre métallique, d'après l'analyse qui a été faite, l'espacement adéquate est de 50 mm pour un béton de 50 MPa, alors que pour un béton de 80 MPa, la distance qui semble donner des résultats intéressants reste un pas de spire de 100 mm. Ceci peut être expliqué par le module de l'acier combiné à celui du béton à haute performance qui avant la charge maximale offre une déformation post-pic significative. D'autre part, à l'issue d'une revue des différents modèles de confinement des poteaux en béton ordinaire et en béton à haute performance comportant ou non de fibres depuis 1928 année de publication des travaux de Richart et Brandtzarg [1928], l'auteur a comparé ses résultats avec l'un des modèles développé par Eid et Paultre [2008]. Cette comparaison montre que les courbes prédites avec le modèle suivent assez bien les courbes issues des essais de compression, et ce particulièrement dans la partie ascendante de la courbe. On note toutefois qu'après l'atteinte de la charge maximale, la partie descendante de la courbe expérimentale ne colle pas nécessairement à la courbe des essais. L'auteur note que le fait que cette partie descendante ne colle pas aux résultats d'essais serait probablement lié à la répartition très aléatoire des fibres dans la matrice du béton. En effet, le tracé de cette partie de la courbe est fortement tributaire de la contrainte dans l'acier de confinement or cette contrainte dans l'acier ne peut se développer au maximum que si le béton confiné est sollicité de la même manière dans son ensemble. Par ailleurs, l'auteur suggère que la méthode de calcul de la répartition de la fibre dans la matrice de béton soit revue et sujette à des recherches supplémentaires.

The main purpose of this research is to assemble numerical tools that allows realistic dynamic study of structures under wind loading. The availability of such numerical tools is becoming more important for the industry, following previous experiences in structural damages after extreme wind events. The methodology of the present study involves two main steps: (i) preparing the wind loading according to its spatial and temporal correlations by using digitally generated wind or real measured wind; (ii) preparing the numerical model that captures the characteristics of the real structures and respects all the necessary numerical requirements to pursue transient dynamic analyses. The thesis is presented as an ensemble of four articles written for refereed journals and conferences that showcase the contributions of the present study to the advancement of transient dynamic study of structures under wind loading, on the wind model itself (the first article) and on the application of the wind study on complex structures (the next three articles). The articles presented are as follows: (a) the evaluation of three-dimensional correlations of wind, an important issue for more precise prediction of wind loading for flexible and line-like structures, the results presented in this first article helps design engineers to choose a more suitable models to define three-dimensional wind loading; (b) the refinement of design for solar photovoltaic concentrator-tracker structure developed for utility scale, this study addressed concerns related strict operational criteria and fatigue under wind load for a large parabolic truss structure; (c) the study of guyed towers for TLs, the applicability of the static-equivalent method from the current industry documents for the design of this type of flexible TL support was questioned, a simplified method to improve the wind design was proposed; (d) the fundamental issue of nonlinear behaviour under extreme wind loading for single-degree-of-freedom systems is evaluated here, the use of real measured hurricane and winter storm have highlighted the possible interest of taking into account the ductility in the extreme wind loading design. The present research project has shown the versatility of the use of the developed wind study methodology to solve concerns related to different type of complex structures. In addition, this study proposes simplified methods that are useful for practical engineers when there is the need to solve similar problems.

Cette thèse a pour but de modéliser un critère de perte de ductilité. Pour cela, ce travail a été fait en trois étapes. Dans un premier temps, le comportement à l'échelle locale (qui est celle d'un grain ou d'un monocristal) est modélisé par une loi micromécanique écrite dans le cadre des grandes déformations. L'écrouissage étant quant à lui pris en compte par une matrice dont la variable interne est la densité de dislocations moyenne par système de glissement. Cette modélisation est apte à reproduire le comportement de monocristaux de ferrite ou d'alliage fer-silicium pour des trajets simples et complexes. Dans un deuxième temps la transition d'échelles entre le comportement local et celui d'un agrégat polycristallin est réalisée grâce au schéma autochérent au sens de Hill. A cette étape il es montré que la modélisation adoptée est capable de prédire le comportement pour des aciers monophasés, biphasés et monphasés contenant des précipités pour des trajets simples et complexes. De plus, le modèle donne aussi de bons résultats dans le calcul de coefficient de Lankford et des surfaces de charge ainsi que pour la prédiction de l'évolution des textures. La troisème étape consiste à introduire un critère de perte de ductilité basé sur la perte d'ellipticité du module tangent élastoplasique, c'est le critère de Rice. Ce critère est ensuite utilisé pour tracer des courbes limite de formage et il est montré que de bons résultats sont obtenus.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016 / Les structures composites bois-béton sont largement utilisées aujourd’hui grâce à l’optimisation des performances et du coût de la structure qu’elles permettent. Le comportement de ces structures dépend fortement de la connexion entre les deux matériaux. La conception de ce type d’ouvrage peut rapidement devenir complexe, car il existe une multitude de connecteurs qui ont tout un chacun des comportements qui peuvent être très différents des uns des autres. Dans ce mémoire de maîtrise, un modèle numérique qui permet de calculer avec précision les fréquences naturelles d’une poutre composite est présenté et implémenté. De plus, un modèle qui permet de prédire le comportement statique d’un connecteur ponctuel et d’une poutre composite en tenant compte du comportement non linéaire de chacun des matériaux est présenté et implémenté. Ces modèles reproduisent très bien les essais expérimentaux. Avec les simulations effectuées, il a pu être conclu qu’un connecteur dimensionnable serait l’idéal pour achever une performance ductile d’une poutre composite bois-béton. L’idée de ce type de connecteur est donc explorée et testée en laboratoire. Garantir une performance ductile rend la structure plus sécuritaire et permet ainsi d’augmenter l’utilisation du bois dans le secteur non résidentiel de la construction. / The timber-concrete composite structures are widely used today because they allow the performance optimization and the structure cost. The behaviour of timber concrete composite (TCC) structures depends heavily on the connection between the two materials. The design of this type of structure can quickly become complex because there are a host of connectors whose behaviour may be very different from each other. In this master thesis, a numerical model that can accurately calculate the natural frequencies of a composite beam is introduced and implemented. In addition, a model that predicts the static behaviour of a discrete connector and of a composite beam by taking into account the non linear behaviour of each material is presented and implemented. These models reproduce very well the experimental tests.With simulations, it has been found that an engineered connector would be ideal to provide for a ductile performance of a TCC beam. The idea of this type of connector is explored and tested in a laboratory. Ensure ductile performance makes the structure more secure and thus can increase the use of wood in non-residential construction sector.

Ce mémoire rend compte d'une étude sur le comportement en compression de poteaux en béton armé incorporant de la poudre de verre (PV). Trois séries de six poteaux ont été testés sous compression uniaxiale. Ces poteaux se différencient des points de vue géométriques, de la configuration des étriers, du nombre d'armatures longitudinales et transversales et du type de béton. Ainsi, le projet s'est effectué en trois phases. La phase I comprend les six poteaux de rapport eau-liants (E/L) des bétons égale à 0,40 dont trois sont confectionnés avec du béton contenant 0% de PV et les trois autres sont fabriqués avec le béton contenant 20% de PV en remplacement de la masse du ciment. Les phases II et III représentent les poteaux confectionnés avec les bétons de E/L = 0,55. Pour chaque phase, trois poteaux renfermant du béton avec 20% de PV en remplacement de la masse du ciment et trois autres dont le béton contient 0% de PV ont été testés. Les poteaux de la phase II ont été testés entre 28 et 30 jours et ceux de la phase III entre 90 et 92 jours. Les résultats montrent que pour un rapport E/L = 0,40, l'ajout de 20% de PV retarde la fissuration de l'enrobage de béton et améliore la capacité portante ainsi que la réponse post-pic des poteaux testés entre 28 et 30 jours. La ductilité des poteaux avec 20% de PV est similaire ou supérieure à celle des poteaux incorporant 0% de PV. Les bétons avec PV présentent une ténacité plus élevée que celle des bétons sans PV. Pour E/L = 0,55, la résistance en compression à 28 jours (cure dans chambre humide) et à 30 jours (cure sous jute) des cylindres de bétons avec 20% PV est faible. Les poteaux incorporant 20% de PV ont une capacité portante plus faible mais leur réponse post-pic est semblable à celle des bétons avec 0% de PV. L'énergie emmagasinée par les poteaux avec PV est plus faible que celle des poteaux avec 0% de PV. Pour E/L = 0,55, les résultats (charges à l'apparition des premières fissures, charges aux pics, charges à la première perte de l'enrobage) pour les colonnes avec PV testées entre 90 et 92 jours sont légèrement inférieurs à ceux avec 0% de PV. Toutefois, la différence est beaucoup plus petite qu'elle ne l'est dans le cas des poteaux de même rapport E/L et testés entre 28 et 30 jours. Un gain de ductilité dans le cas des poteaux incorporant de la PV et testé entre 90 et 92 jours est observé.

Des alliages nanostructurés, co-continus et thermodynamiquement stables sont synthétisés, par extrusion réactive d'un polyéthylène fonctionnalisé (FPE) et d'un mélange bimodal de petites et longues chaînes de polyamide 6 (PA). Les petites chaînes réagissent rapidement pour former beaucoup de copolymères, garantissant ainsi la nanostructuration. Le greffage et l'incorporation des longues chaînes a pour but d'introduire des enchevêtrements et des molécules liens entre les cristallites de PA. Deux extractions sélectives successives nous ont permis de caractériser les chaînes de copolymères greffés et les chaînes non-réagies de FPE et de PA. Les propriétés macroscopiques des alliages sont optimisées en jouant sur l'ordre d'introduction des constituants, les conditions d'extrusion et la composition de la phase de PA. L'étude structurale des alliages et des copolymères greffés précise l'organisation des chaînes dans les deux nanostructures. Les deux phases de FPE et PA cristallisent de manière confinée ce qui confère aux alliages des propriétés mécaniques remarquables. Aux faibles déformations et au dessus de la fusion du FPE, les alliages de composition 64/36 FPE/PA en masse, présentent une tenue thermomécanique d'une vingtaine de mégapascals. Les longues chaînes de PA jouent le rôle de chaînes liens entre les cristallites et améliorent la ductilité des alliages nanostructurés à haute température (allongement à la rupture 250% à 150°C). Des expériences de diffusion des rayons X couplées à de la microscopie électronique en transmission avant et après traction permettent de relier les évolutions structurales et morphologiques aux comportements mécaniques de ces alliages.

Ce travail de thèse considère les modes de déformations des verres métalliques produits sous différentes formes (verres massifs, rubans et particules). La déformation hétérogène dans des échantillons massifs de verres métalliques à base de zirconium est étudiée par microscopie électronique à balayage. Le dégagement rapide de l'énergie élastique stockée sous forme de chaleur lors de la déformation est responsable de la fusion locale observée dans les bandes de cisaillement. Le calcul du profil de température autour d'une bande par un modèle analytique est cohérent avec les observations morphologiques et les rapports d'apparition de nano-cristaux dans la zone déformée. La mise en forme par recuit des rubans de verres métalliques a été étudiée. L'étude aboutit à la mise en forme sans fragilisation des rubans appartenant à différentes compositions de systèmes d'alliages dit métal-métal et métal-métalloïde. Un processus de traitement thermique est suggéré pour assurer la redistribution des contraintes imposées avant l'intervention de la fragilité thermique. Un brevet industriel basé sur ces résultats a été conjointement déposé avec un grand fabriquant de montres mécaniques. De nouveaux matériaux composites d'alliages légers commerciaux à base de Mg et d'Al renforcés par des dispersions de particules de verres métalliques ont été réalisés sans porosité. Une amélioration très nette des propriétés mécaniques est obtenue.