De nos jours, la conception parasismique des structures en acier repose sur la dissipation d'énergie sismique par l'action de grandes déformations plastiques. Les cadres à diagonales ductiles confinées sont un type de système à contreventements concentriques caractérisé par des membrures qui plastifient autant en traction qu'en compression. Grâce à un mécanisme de restreinte latérale qui renferme un noyau métallique, les diagonales ductiles confinées (DDC) tirent avantage de la ductilité cyclique du matériau. Cependant, les DDC affichent fréquemment une faible rigidité après plastification, causant ainsi d'importantes déformations latérales durant un séisme. De plus, la plastification du noyau est généralement associée à un seul objectif de performance; son comportement sous d'autres intensités sismiques est donc essentiellement inconnu. Les DDC hybrides sont étudiées en tant qu'alternative aux systèmes traditionnels pour pallier leurs limitations. Le concept d'hybridité vise à maîtriser différentes caractéristiques de métaux minutieusement sélectionnés pour obtenir une réponse souhaitable. Cette étude numérique comporte trois objectifs. Les matériaux de noyaux potentiels sont d'abord évalués afin de déterminer les meilleures combinaisons de deux métaux avec des propriétés mécaniques complémentaires. L'analyse de données expérimentales indique que le comportement plastique des DDC hybrides est amélioré par l'emploi d'un acier au carbone 350WT conjointement avec un autre métal qui possède une faible limite élastique et une grande capacité d'écrouissage (p. ex. l'acier inoxydable 304L, l'alliage d'aluminium 5083-O, l'acier au carbone A36, ou l'acier LYP-100). Par la suite, deux nouvelles configurations de DDC hybrides sont conçues afin d'accueillir trois noyaux ductiles connectés en parallèle. La première option proposée comprend un mécanisme de restreinte fait de tubes en acier remplis de béton, tandis que la deuxième option est fabriquée exclusivement à partir de composantes métalliques. Finalement, plusieurs simulations par la méthode des éléments finis sont réalisées sur des modèles numériques pour valider quantitativement l'accroissement de la performance. Comparées aux DDC conventionnelles, les DDC hybrides présentent une réponse d'écrouissage améliorée, une légère augmentation de la rigidité axiale, ainsi qu'une plus grande capacité à dissiper l'énergie. / Contemporary seismic-resistant design of steel structures relies on the dissipation of earthquake energy through significant inelastic deformations. Buckling-restrained braced frames (BRBFs) are a type of concentrically-braced system characterized by braces that yield both in tension and in compression. Thanks to a restraining mechanism that confines a ductile steel core, buckling-restrained braces (BRBs) can take advantage of the cyclic ductility of the steel material. However, BRBs commonly display a low post-yield stiffness, causing substantial interstory drifts and large residual drifts after seismic events. Moreover, yielding of the core is often tied to only a single performance objective, thus making its response at other levels of seismicity largely unpredictable. Hybrid BRB solutions are explored as an alternative to the traditional BRB system to overcome its limitations. The hybrid concept is hinged on harnessing different characteristics from different materials that are carefully combined into one ductile design to achieve a desirable response. This numerical study has three main objectives. Potential core metals are first evaluated to determine the best combinations of two materials with complementary engineering properties. Analysis of experimental data indicates that the post-yield behavior of hybrid BRBs is improved by employing 350WT carbon steel in conjunction with another metal, which possesses a low-yield and high-strain-hardening capacity (e.g., 304L stainless steel, 5083-O aluminum alloy, A36 carbon steel, or LYP-100 low-yield-point steel). Afterwards, two new hybrid BRB systems are designed to accommodate the complex deformation pattern of three core plates connected in parallel. The first proposed option has a restraining mechanism made from concrete-filled steel tubes, while the second hybrid BRB option is fabricated exclusively from metal plate components. Lastly, multiple finite element simulations are carried out on numerical models to quantitatively validate the performance enhancement. Compared to conventional BRBs, hybrid BRBs exhibit an improved strain hardening response, a slight increase in axial stiffness, and a greater energy dissipation capability for an equivalent brace strength.

L'utilisation des panneaux composites à base de bois s'oriente de plus en plus vers des applications techniques d'ameublement et d'agencement. Cette reconquête implique le développement d'outils prévisionnels performants permettant une plus grande maîtrise du comportement hygromécanique de ces matériaux mis en service dans les conditions climatiques nord-américaines. Pour des raisons économiques ou esthétiques, on remarque une tendance dans l'industrie qui consiste à appliquer des revêtements de qualité différente sur les deux faces du panneau. Ces pratiques entraînent une distribution de teneur en humidité et de contrainte non uniforme selon l'épaisseur du panneau, pouvant engendrer des déformations. Le gauchissement de ces produits pourrait faire l'objet d'un rejet par le consommateur et d'une dégradation de l'image de marque de l'enseigne. Dans le but de prévenir ce gauchissement, on doit bien connaître le comportement de chaque composante ainsi que celui de l'ensemble formant le composite. Dans ce projet, trois produits de finition sont considérés : le placage d'érable à sucre, le papier décoratif imprégné de mélamine et le papier foil. Dès lors, l'objectif est de caractériser le comportement hygromécanique des panneaux de fibres et de particules finis asymétriquement par ces revêtements tout en décrivant les conditions climatiques de transport et de mise en service. L'étude comporte à la fois un aspect expérimental et un aspect modélisation par éléments finis. Il a donc fallu établir un modèle mathématique approprié; déterminer les propriétés physiques et mécaniques des composites, de l'adhésif et des revêtements relatives au transfert d'humidité, à la dilatation linéaire, au retrait/gonflement et aux déformations; procéder à la résolution du modèle par éléments finis et, finalement, valider les résultats du modèle en les comparant aux résultats expérimentaux. Le modèle mathématique proposé est basé sur une équation de transfert d'humidité en régime transitoire, la loi de Hooke du comportement élastique et une équation d'équilibre.

Aujourd’hui, la technologie du béton ayant fortement évolué, il est, sous certaines conditions, réaliste de construire des éléments structuraux en béton ayant à la compression une résistance de 90N/mm² voire nettement plus. En conséquence, l’ingénieur concepteur peut être amené dans le cadre du dimensionnement des colonnes à en diminuer les dimensions transversales pour des raisons esthétiques ou d’encombrement. <p><p>Inévitablement, cette diminution de la section transversale induit une augmentation de l’élancement et augmente ainsi les risques des instabilités de flambement. <p>A cette question de flambement, il faut adjoindre l’influence d’une préconception qui veut qu’une structure en béton à haute résistance soit moins ductile qu’une structure construite avec un béton normal !De ceci résulte la question à la base de ce travail :<p><p>« Peut-on arriver à diminuer la section transversale d’une colonne en utilisant des résistances de béton plus élevées tout en imposant la même valeur de capacité portante et en ne réduisant pas leur ductilité ?»<p><p>Afin de répondre à cette question, le travail s’est articulé autour de deux axes essentiels qui sont d’une part une campagne d’essais (afin d’obtenir des résultats fiables) sur 12 colonnes en béton armé à haute résistance (90N/mm²) d’élancement 74 et 82 dont l’excentricité de la charge est une variable, et d’autre part l’implémen- tation de deux programmes informa- tiques utilisant le principe de l’analyse au second ordre en vue de réaliser une étude paramétrique dont l’excentricité, la hauteur des colonnes, la proportion d’acier, la résistance du béton sont les variables.<p><p>Trop souvent encore, les ingénieurs de bureau d’études hésitent à effectuer un calcul au second ordre et placés devant la question des dimensions de section à donner à une colonne de hauteur et de capacité portante imposées, déterminent celles-ci pour se satisfaire d’un calcul au 1er ordre. Au terme de notre étude, nous avons montré que cette approche est loin d’être optimale, qu’il est possible, au prix d’un calcul au second ordre (mais il est fait à l’ordinateur), de tirer profit d’une augmentation de la résistance du béton pour réduire les dimensions des sections et aboutir en toute sécurité à un dimensionnement plus économique en consommation de matériaux (acier, béton, ciment).<p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The considerable progress in the research and development of thin-walled beam structures responds to their growing use in engineering construction and to their increased need for efficiency in strength and cost. The result is a structure that exhibits large shear strains and important non uniform warping under different loadings, such as non uniform torsion, shear bending and distortion.<p><p>A unified approach is formulated in this thesis for 3D thin walled beam structures with arbitrary profile geometries, loading cases and boundary conditions. A single warping function, defined by a linear combination of longitudinal displacements at cross sectional nodes (derived from Prokic work), is enhanced and adapted in order to qualitatively and quantitatively reflect and capture the nature of a widest possible range of behaviors. Constraints are prescribed at the kinematics level in order to enable the study of arbitrary cross sections for general loading. This approach, differing from most published theories, has the advantage of enabling the study of arbitrary cross sections (closed/opened or mixed) without any restrictions or distinctions related to the geometry of the profile. It generates automatic data and characteristic computations from a kinematical discretization prescribed by the profile geometry. The amount of shear bending, torsional and distortional warping and the magnitude of the shear correction factor is computed for arbitrary profile geometries with this single formulation.<p><p>The proposed formulation is compared to existing theories with respect to the main assumptions and restrictions. The variation of the location of the torsional center, distortional centers and distortional rotational ratio of a profile is discussed in terms of their dependency on the loading cases and on the boundary conditions.<p><p>A 3D beam finite element model is developed and validated with several numerical applications. The displacements, rotations, amount of warping, normal and shear stresses are compared with reference solutions for general loading cases involving stretching, bending, torsion and/or distortion. Some examples concern the case of beam assemblies with different shaped profiles where the connection type determines the nature of the warping transmission. Other analyses –for which the straightness assumption of Timoshenko theory is relaxed– investigate shear deformation effects on the deflection of short and thin beams by varying the aspect ratio of the beam. Further applications identify the cross sectional distortion and highlight the importance of the distortion on the stresses when compared to bending and torsion even in simple loading cases. <p><p>Finally, a non linear finite element based on the updated lagrangian formulation is developed by including torsional warping degrees of freedom. An incremental iterative method using the arc length and the Newton-Raphson methods is used to solve the non linear problem. Examples are given to study the flexural, torsional, flexural torsional and lateral torsional buckling problems for which a coupling between the variables describing the flexural and the torsional degrees of freedom occurs. The finite element results are compared to analytical solutions based on different warping functions and commonly used in linear stability for elastic structures having insufficient lateral or torsional stiffnesses that cause an out of plane buckling. <p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished