Dissertation--Berlin, 2004. / Bibliogr. p. 185-195.

Th. univ.--Sci. phys.--Besançon, 1985. N°: 58.

Thèse de doctorat : Sciences du langage : Lyon 2 : 2001. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Proefschrift--Letteren--Vrije Universiteit te Amsterdam, 1999. / La couv. porte comme nom d'auteur : Ad Welschen. Résumé en anglais. Bibliogr. p. 501-512.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'intérêt pour le composite bois-béton (CBB) augmente pour la construction de bâtiments à plusieurs étages. Le bois, en tant que matériau écologique à faible énergie intrinsèque, à faible empreinte carbone et à haute résistance à la traction, est une bonne alternative pour les planchers de bâtiments afin de réaliser l'objectif de construction à zéro carbone net. La dalle de béton connectée à la couche de bois avec un connecteur de cisaillement non seulement protège le bois des matériaux corrosifs, mais offre également une résistance et une rigidité supplémentaires et améliore les performances vibratoires et acoustiques. Cette recherche se concentre sur la conception d'un plancher TCC avec des connecteurs ductiles utilisant la loi de cisaillement élasto-plastique de la connexion et ses comportements de cisaillement au jeune âge. Une nouvelle loi de cisaillement élasto-plastique caractérisée par la limite d'élasticité et le point de rupture est proposée et comparée à d'autres modèles existants en ce qui concerne la prédiction de la réponse structurelle générée par la méthode des éléments finis. Ce nouveau modèle bilinéaire est également mis en œuvre dans une solution analytique, qui permet de prédire la réponse structurelle à partir de la loi de cisaillement bilinéaire d'une manière point à point. D'autre part, les comportements de cisaillement de la connexion CBB au jeune âge sont étudiés expérimentalement avec 79 échantillons de connexion pour estimer la déflexion instantanée de trois planchers CBB et pour décider du meilleur moment pour enlever l'étayage selon différents objectifs de conception. Les fonctions de la propriété de la connexion en dépendance du temps sont proposées sur la base des résultats expérimentaux. La corrélation analytique entre la propriété du béton et le comportement de la connexion est dérivée par un modèle de régression. La relation entre la résistance à la compression et le module d'élasticité du béton proposée dans un modèle probabiliste de béton est validée. / Interest in timber-concrete composite (TCC) is increasing for the construction of multistory buildings. Timber as an ecological material with low embodied energy, low carbon foot print and high tensile strength is a good alternative in building floors to achieve the goal of net-zero carbon construction. Concrete slab connected to timber layer with shear connector not only protects timber from corrosive materials, but also provide extra strength, stiffness and improvement in vibrational and acoustic performance. This research focuses on the design of TCC floor with ductile connectors using elasto-plastic shear law of connection and its shear behaviors at early age. A new elasto-plastic shear law characterized by yield point and failure point is proposed and compared to other existing models with respect to its prediction of structural response generated by a Finite Element Method (FEM). 2 study cases of a metal mesh connection and a notch connection are carried out toprove the accuracy of the newly proposed method in the approximation of failure point. This new bilinear modelis also implemented to an analytical solution, which allows to predict structural response from bilinear shear lawin a point-to-point way. On the other side, shear behaviors of TCC connection at early age are experimentally studied with 79 connection samples to estimate the instantaneous deflection of three TCC floors and to decidethe best moment to remove shoring according to different design target. Functions of connection’s property depending on time is proposed based on experimental results. Analytical correlation between concrete property and connection behavior is derived by regression model. The relation between concrete’s compressive strength and young’s modulus proposed in a probabilistic concrete model is validated.

L'intérêt pour le composite bois-béton (CBB) augmente pour la construction de bâtiments à plusieurs étages. Le bois, en tant que matériau écologique à faible énergie intrinsèque, à faible empreinte carbone et à haute résistance à la traction, est une bonne alternative pour les planchers de bâtiments afin de réaliser l'objectif de construction à zéro carbone net. La dalle de béton connectée à la couche de bois avec un connecteur de cisaillement non seulement protège le bois des matériaux corrosifs, mais offre également une résistance et une rigidité supplémentaires et améliore les performances vibratoires et acoustiques. Cette recherche se concentre sur la conception d'un plancher TCC avec des connecteurs ductiles utilisant la loi de cisaillement élasto-plastique de la connexion et ses comportements de cisaillement au jeune âge. Une nouvelle loi de cisaillement élasto-plastique caractérisée par la limite d'élasticité et le point de rupture est proposée et comparée à d'autres modèles existants en ce qui concerne la prédiction de la réponse structurelle générée par la méthode des éléments finis. Ce nouveau modèle bilinéaire est également mis en œuvre dans une solution analytique, qui permet de prédire la réponse structurelle à partir de la loi de cisaillement bilinéaire d'une manière point à point. D'autre part, les comportements de cisaillement de la connexion CBB au jeune âge sont étudiés expérimentalement avec 79 échantillons de connexion pour estimer la déflexion instantanée de trois planchers CBB et pour décider du meilleur moment pour enlever l'étayage selon différents objectifs de conception. Les fonctions de la propriété de la connexion en dépendance du temps sont proposées sur la base des résultats expérimentaux. La corrélation analytique entre la propriété du béton et le comportement de la connexion est dérivée par un modèle de régression. La relation entre la résistance à la compression et le module d'élasticité du béton proposée dans un modèle probabiliste de béton est validée. / Interest in timber-concrete composite (TCC) is increasing for the construction of multistory buildings. Timber as an ecological material with low embodied energy, low carbon foot print and high tensile strength is a good alternative in building floors to achieve the goal of net-zero carbon construction. Concrete slab connected to timber layer with shear connector not only protects timber from corrosive materials, but also provide extra strength, stiffness and improvement in vibrational and acoustic performance. This research focuses on the design of TCC floor with ductile connectors using elasto-plastic shear law of connection and its shear behaviors at early age. A new elasto-plastic shear law characterized by yield point and failure point is proposed and compared to other existing models with respect to its prediction of structural response generated by a Finite Element Method (FEM). 2 study cases of a metal mesh connection and a notch connection are carried out to prove the accuracy of the newly proposed method in the approximation of failure point. This new bilinear model is also implemented to an analytical solution, which allows to predict structural response from bilinear shear law in a point-to-point way. On the other side, shear behaviors of TCC connection at early age are experimentally studied with 79 connection samples to estimate the instantaneous deflection of three TCC floors and to decide the best moment to remove shoring according to different design target. Functions of connection's property depending on time is proposed based on experimental results. Analytical correlation between concrete property and connection behavior is derived by regression model. The relation between concrete's compressive strength and young's modulus proposed in a probabilistic concrete model is validated.

La conception de l'assemblage plafond-plancher dans un bâtiment en bois peut être un défi en raison de ses aspects multidisciplinaires et des limitations d'espace. En tant qu'un composant du bâtiment, cet espace possède un rôle structural et représente un volume dans lequel passent les systèmes de la mécanique du bâtiment. L'objectif de ce travail est de démystifier l'assemblage plafond-plancher à travers une recherche bibliographique et des entrevues semi-dirigées et de développer ensuite une méthodologie d'optimisation multi-objectif pour une conception optimale de ce sandwich. Le modèle développé intègre tant la partie structurale que les systèmes de la mécanique du bâtiment, dont un but de minimiser l'épaisseur de l'assemblage tout en optimisant le système de ventilation qui passe dedans. L'algorithme NSGA-II est utilisé dans le processus d'optimisation. Une étude de cas sur un assemblage plafond-plancher dans un bâtiment en bois a été réalisée pour évaluer le modèle développé, où trois configurations d'assemblage ont été testées. Dans la première configuration, le réseau de ventilation passe à travers la structure, soit en parallèle aux poutres, soit en les traversant. Dans ce cas, des ouvertures seront nécessaires à condition que le diamètre de la conduite ne dépasse pas 15% de la hauteur des poutres. Dans la deuxième configuration, on considère que les poutres sont renforcées, pour donner une tolérance supplémentaire relative à l'ouverture au niveau des poutres allant jusqu'à 30% de leur hauteur. La troisième configuration est la méthode traditionnelle où aucune ouverture n'est autorisée et le réseau de ventilation passe en dessous de la structure. Pour les trois configurations, deux types de dispositions des gaines de ventilation ont été évaluées. Les meilleures solutions sont présentées sous la forme de fronts de Pareto. L'analyse des résultats montre que l'optimisation de la configuration traditionnelle de l'assemblage donne toujours de meilleures solutions (où l'épaisseur de l'assemblage varie de 0.65 m à 0,87m et la perte de pression varie de 50 Pa à 105 Pa) comparativement aux deux autres configurations. / The design of the ceiling-to-floor assembly in timber buildings can be challenging due to its multidisciplinary aspects, space limitations, and requirements of timber constructions. As a component of the building, this space has a structural role. It ensures the safety and comfort of occupants and represents a volume through which building services systems pass. The objective of this work is to demystify the ceiling-to-floor assembly in timber buildings and to develop a multi-objective optimization method for an optimum design. In order to do this, bibliographical research was carried out in various databases. This step was accompanied by a series of semi-structured interviews with wood construction experts. Then a multi-objective optimization strategy for the ceiling-to-floor assembly was developed. It integrates both structures and building mechanical systems to minimize the thickness of the ceiling-to-floor assembly and optimize the pressure drops in the air distribution system that passes through it. The multi-objective genetic algorithm (NSGA-II) is used in the optimization process. Design variables related to the structure and ventilation network are taken into account. A case study of a ceiling-to-floor assembly in a timber building was carried out to evaluate the developed model, where three assembly configurations were tested: (i) the diameter of an aperture in a beam to let a duct pass is limited to 15% of the beam height, (ii) the aperture diameter limitation is 30% of the beam height, corresponding to a beam with reinforcement, (iii) no apertures are allowed and the ducts are below the beams. Best solutions are presented through the Pareto fronts and the optimal dimensions of the structure and air distribution ducts are generated. For the case study, results show that the optimization algorithm gives better results in terms of thickness and pressure drops in the third configuration where ducts pass through beams (assembly thickness ranges from 0.65 to 0.87 m, pressure drops from 50 Pa to 105 Pa), compared to the configuration where the duct passes through the structure.

Les propriétés exceptionnelles de l'aluminium, notamment son rapport poids/résistance élevé, sa résistance à la corrosion et sa capacité d'extrusion, en font un matériau de choix pour la construction de ponts, en particulier pour les applications de tablier. Le tablier contemporain en aluminium est composé d'extrusions d'aluminium creuses qui sont soudées ensemble pour former une structure de panneaux. Le tablier extrudé multi-voides est soutenu par des poutres utilisant des connecteurs de cisaillement. En raison de la nature cyclique de la sollicitation subie par les ponts, la connexion entre le tablier et les poutres est critique et nécessite des considérations de glissement. Ce type d'assemblage est renforcé à la fois par la force de serrage des connecteurs de cisaillement et par les caractéristiques de glissement des surfaces d'appui de l'assemblage. Dans un système de tablier en aluminium extrudé multi-voides, l'accès à la face interne du tablier pour serrer les connecteurs de cisaillement est limité, ce qui nécessite une solution innovante pour relier le tablier aux poutres. L'utilisation de boulons aveugles pourrait constituer une solution utile car ils sont serrés d'un seul côté, sans qu'il soit nécessaire d'accéder à la face interne du tablier. Cependant, les boulons aveugles doivent respecter les spécifications de conception des assemblages à glissement critique. Selon la norme S6-19, dans les assemblages en aluminium, les boulons doivent être à haute résistance, galvanisés et, pour les assemblages à glissement critique, précontraints à un maximum de 70 % de leur résistance ultime à la traction. En outre, les normes exigent que les surfaces en aluminium soient sablées dans les assemblages à glissement critique afin d'atteindre le coefficient de glissement minimum associé à la rugosité de la surface. Cependant, l'obtention de la rugosité souhaitée par sablage dépend de plusieurs facteurs tels que l'alliage d'aluminium sablé, le matériau de sablage utilisé, la pression de travail, etc. De plus, dans les régions où les variations de température sont extrêmes, comme au Québec, où les températures oscillent entre -30 et +30 degrés Celsius entre l'hiver et l'été, ces variations de température ont un impact sur la résistance des assemblages d'aluminium à glissement critique. En gardant ces défis à l'esprit, la présente étude a exploré en détail les caractéristiques de glissement de diverses interfaces de connexion et le comportement de divers connecteurs de cisaillement sous une charge thermique cyclique afin de simuler l'environnement difficile qui prévaut au Québec. Cisaillements étudiés comprenaient (a) le type de connecteurs de cisaillement, y compris les boulons standard A325, les boulons standard à tension contrôlée (TC) et les boulons Ajax OneSide (AOS), (b) l'alliage d'aluminium, y compris 6063-T6 et 6005A, et (c) les principaux types de connexion, y compris aluminium-aluminium (Al-Al) et aluminium-acier (Al-acier). Des essais de double recouvrement ont été effectués pour évaluer le coefficient de glissement des interfaces de connexion Al-Al sablées pour différentes épaisseurs et alliages. En outre, des essais d'arrachement ont été réalisés pour caractériser l'interface Al-acier dans un joint antidérapant en évaluant le coefficient de glissement dans cette interface de connexion. Des essais de relaxation ont également été menés sous charge thermique cyclique pour étudier les phénomènes de relaxation dans les connecteurs de cisaillement au sein des connexions en aluminium. L'étude a notamment révélé que l'utilisation d'un matériau abrasif de grade 20-30 à une pression de 120 psi permettait d'obtenir des profils de surface répondant aux exigences rigoureuses du code (Ra≥12,5 µm ou 2 mils). De plus, l'alliage 6005A présente un coefficient de glissement et des valeurs de relaxation supérieurs à ceux du 6063-T6 pour les mêmes épaisseurs. Lorsque l'épaisseur de l'assemblage augmente, la rigidité correspondante augmente, ce qui entraîne une réduction de la relaxation du boulon. Des effets de plastification ont été observés dans l'alliage 6063, entraînant une plus grande relaxation du boulon et des variations de contrainte plus importantes. En outre, le chargement cyclique de la température influence la relaxation dans les connecteurs de cisaillement, avec une perte progressive de la précontrainte observée avec une augmentation du nombre de cycles de température. Il a également été constaté que le cycle initial avait l'impact le plus important sur la relaxation totale, représentant environ 30 à 35 % de la relaxation totale. En tant que stratégie pratique d'atténuation, la recherche a mis l'accent sur le resserrage des boulons après le premier cycle thermique. Cette approche permet d'obtenir une réduction substantielle de 30 à 35 % de la relaxation totale. / Aluminum's exceptional properties, encompassing its high strength-to-weight ratio, corrosion resistance, and extrudability, position it as an outstanding material for bridge construction, specifically in decking applications. The contemporary aluminum decking is comprised of hollow aluminum extrusions that are welded together to form a panel structure. The multi-void extruded deck is supported by girders employing shear connectors. Due to the cyclic nature of solicitation experienced by bridges, the connection between the deck and girders is critical and requires slip-critical considerations. This connection type gains its strength through both the clamping force of the shear connectors and the slip characteristics of the connection faying surfaces. In a multi-void extruded aluminum decking system, access to the inner side of the deck for tightening the shear connectors is restricted, requiring an innovative solution for connecting the deck to the girders. The use of blind bolts could present a useful solution as they are tightened from one side only, without the need to access the deck’s inner side. However, the blind bolts must adhere to the slip critical connection design specifications. According to S6-19 standard, in aluminum connections, the bolts must be high strength, galvanized, and, for slip critical connections, prestressed to a maximum of 70% of their ultimate tensile strength. In addition, standards require aluminum surfaces to undergo sandblasting in slip critical connections to attain the minimum slip coefficient associated with surface roughness. However, achieving the desired roughness through sandblasting depends on several factors such as the sandblasted aluminum alloy, the sandblasting material used, working pressure, etc. Moreover, in regions with extreme temperature variations such as Quebec, where temperatures swing from -30 to +30 degrees Celsius between winter and summer, these temperature variations impact the strength of the slip critical aluminum assemblies. With these challenges in mind, the current study comprehensively explored the slip characteristics of diverse connection interfaces and the behavior of various shear connectors under thermal cyclic loading to simulate the harsh environment prevailing in Quebec. The investigated parameters included (a) the type of shear connectors, including standard bolts A325, tension-controlled (TC) standard bolts, and Ajax OneSide bolts (AOS), (b) the aluminum alloy, including 6063-T6 and 6005A, and (c) the key connection types, including aluminum-aluminum (Al-Al) and aluminum-steel (Al-steel). Double lap tests were conducted to evaluate the slip coefficient of sandblasted Al-Al connection interfaces for different thicknesses and alloys. In addition, pullout tests were carried out to characterize the Al-steel interface in a slip-resistant joint by evaluating the slip coefficient in this connection interface. Relaxation tests were also conducted under thermal cyclic loading to investigate the relaxation phenomena in shear connectors within aluminum connections. Notably, the study has revealed that utilizing 20-30 grade abrasive material at a pressure of 120 psi, achieved surface profiles meeting stringent code requirements (Ra≥12.5 µm or 2 mils). Moreover, the 6005A alloy demonstrates superior slip coefficient and relaxation values compared to the 6063-T6 for the same thicknesses. As the assembly thickness increased, the corresponding stiffness rose, leading to a reduction in the bolt relaxation. Plasticization effects were observed in the 6063 alloy, resulting in more bolt relaxation and wider stress variations. In addition, cyclic temperature loading influences relaxation in the shear connectors, with a gradual loss of pretension observed with an increase in the number of temperature cycles. It was also found that the initial cycle had the most significant impact on total relaxation, accounting for approximately 30-35% of the total relaxation. As a practical mitigation strategy, the research underscored the retightening of bolts after the first thermal cycle. This approach yields a substantial reduction of 30-35% in total relaxation.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.