Deux types de modèles applicables à l'analyse globale de poutres mixtes acier béton sont présentés et analysés dans le mémoire de thèse. Le modèle analytique, basé sur la théorie élastique des poutres, permet le calcul du glissement et de son influence sur les flèches de poutres mixtes simples et continues. Le comportement non linéaire de la poutre mixte est étudié au moyen d'une modélisation par éléments finis. Une formulation par éléments de coque est utilisée pour représenter la dalle et la poutre métallique. La connextion est formulée par des éléments de poutre courts. Le modèle éléments finis tridimensionnel est validé par la confrontation à des résultats expérimentaux de différentes sources. Il s'avère être efficace pour représenter l'influence du glissement et de la fissuration du béton sur la raideur de la poutre mixte. Des exemples numériques illustrent l'application des modèles à l'analyse globale de poutres simples, continues et planchers mixtes

Ce travail porte sur la compréhension du comportement en flexion, statique instantané, en fatigue et en fluage des structures multi matériaux du génie civil, constituées d'acier et de béton et assemblées par un adhésif de type époxy. L'analyse et la résolution du problème posé se feront à deux échelles : au niveau de l'interface et à l'échelle d'un élément de structure. De plus, l'attention sera tout particulièrement portée sur le comportement au cours du temps (fluage, relaxation, retrait...), la fatigue et la durabilité sous différents environnements. La première étape consiste à mener une analyse expérimentale sur la caractérisation de la connexion acier-béton, à l'échelle de l'interface, en vue de repérer les principaux facteurs influençant leur comportement mécanique. Pour cela, L'essai push out, analogue à celui utilisé pour caractériser les connecteurs des ponts mixtes, a été plus particulièrement utilisé. Des essais de vieillissement accéléré par immersion dans un bain d'eau chaude ont été réalisés. Ils n'ont pas diminué la contrainte de cisaillement moyenne à rupture de façon significative mais ont en revanche modifié le mode de ruine qui devient mixte (adhésif et cohésif dans la colle). Cette modification est à la fois due au primaire et à l'adhésif lui-même dont les performances intrinsèques diminuent avec le vieillissement. A l'échelle d'un élément de structure, nous avons enrichi les données expérimentales existantes sur le comportement instantané des poutres mixtes acier-béton collées avec la réalisation de 7 essais de flexion avec deux modes de sollicitation (flexion 3 et 4 points). Ces essais nous donnent une base solide pour nos essais en fatigue et sous fluage. On constate que le mode de ruine est mieux prédit en se basant sur une comparaison entre la contrainte de cisaillement dans les poutres avec les contraintes de cisaillement limite déduites des essais push-out. Cette conclusion montre la pertinence des essais push-out dans l'objectif de les prendre comme critère de dimensionnement. Aussi, et contrairement aux travaux antérieurs, nous pouvons conclure que la contrainte moyenne de cisaillement à l'interface entre le béton et l'acier est supérieure à la résistance en traction du béton utilisé. Pour le comportement à long terme, trois poutres ont été testées sous charge cyclique pour plus de 2 million de cycles et à plusieurs niveaux de charge. Une autre poutre a subi une charge constante pendant 7 mois pour étudier l'influence de fluage sur ce type de structure. Après les essais de fatigue et fluage, le comportement des poutres est analogue à celui des poutres de référence. Nous avons toujours une ruine par rotule plastique et non par cisaillement du joint de colle ce qui confirme sa bonne résistance vis-à-vis ces deux phénomènes

Ce travail porte sur la compréhension du comportement en flexion, statique instantané, en fatigue et en fluage des structures multi matériaux du génie civil, constituées d'acier et de béton et assemblées par un adhésif de type époxy. L'analyse et la résolution du problème posé se feront à deux échelles : au niveau de l'interface et à l'échelle d'un élément de structure. De plus, l'attention sera tout particulièrement portée sur le comportement au cours du temps (fluage, relaxation, retrait…), la fatigue et la durabilité sous différents environnements. La première étape consiste à mener une analyse expérimentale sur la caractérisation de la connexion acier-béton, à l'échelle de l'interface, en vue de repérer les principaux facteurs influençant leur comportement mécanique. Pour cela, L'essai push out, analogue à celui utilisé pour caractériser les connecteurs des ponts mixtes, a été plus particulièrement utilisé. Des essais de vieillissement accéléré par immersion dans un bain d'eau chaude ont été réalisés. Ils n'ont pas diminué la contrainte de cisaillement moyenne à rupture de façon significative mais ont en revanche modifié le mode de ruine qui devient mixte (adhésif et cohésif dans la colle). Cette modification est à la fois due au primaire et à l'adhésif lui-même dont les performances intrinsèques diminuent avec le vieillissement. A l'échelle d'un élément de structure, nous avons enrichi les données expérimentales existantes sur le comportement instantané des poutres mixtes acier-béton collées avec la réalisation de 7 essais de flexion avec deux modes de sollicitation (flexion 3 et 4 points). Ces essais nous donnent une base solide pour nos essais en fatigue et sous fluage. On constate que le mode de ruine est mieux prédit en se basant sur une comparaison entre la contrainte de cisaillement dans les poutres avec les contraintes de cisaillement limite déduites des essais push-out. Cette conclusion montre la pertinence des essais push-out dans l'objectif de les prendre comme critère de dimensionnement. Aussi, et contrairement aux travaux antérieurs, nous pouvons conclure que la contrainte moyenne de cisaillement à l'interface entre le béton et l'acier est supérieure à la résistance en traction du béton utilisé. Pour le comportement à long terme, trois poutres ont été testées sous charge cyclique pour plus de 2 million de cycles et à plusieurs niveaux de charge. Une autre poutre a subi une charge constante pendant 7 mois pour étudier l'influence de fluage sur ce type de structure. Après les essais de fatigue et fluage, le comportement des poutres est analogue à celui des poutres de référence. Nous avons toujours une ruine par rotule plastique et non par cisaillement du joint de colle ce qui confirme sa bonne résistance vis-à-vis ces deux phénomènes / This PhD thesis focuses on understanding the static, fatigue and creep behavior of composite-flexural members made of steel and concrete and assembled by adhesive epoxy. The analysis and resolution of the problem will be carried out at two levels: the interface and the structural element. In addition, attention will be particularly focused on the time-dependent behavior (creep, relaxation, shrinkage ...), fatigue and durability in various environments. The first step is to conduct an experimental analysis on the characterization of the steel-concrete connection in order to identify the main factors influencing their mechanical behavior. To do this, a Push-out test, similar to that used to characterize a steel-concrete element with studs, was especially used. An accelerated aging test, by immersion in a hot water bath, has been made. They have not decreased significantly τu but changed the failure mode which becomes mixed (adhesive and cohesive in the adhesive). This change is due to a decrease of the intrinsic performance of the primary and the adhesive with aging. From a structural point of view, we have improved the existing experimental data on the instantaneous behavior of steel-concrete bonded beams by performing seven beam tests with two modes of loading (3 and 4 point bending test). These tests give us a solid foundation for our fatigue and creep tests. It is found that the failure mode is better predicted based on a comparison between the shear stress in beams with shear limit provided by push-out tests. This finding indicates the relevance of the push-out tests as a design criterion. Also, unlike previous work, we can conclude that the average shear stress at the interface between the concrete and steel is greater than the tensile strength of the concrete used.For the long-term behavior, three beams were tested under cyclic loading for over 2 million cycles with several load levels. Another beam has been test with a constant load for 7 months to investigate the influence of creep on this type of structure. After fatigue and creep tests, the behavior of the beam is similar to that of reference beams. We have always a failure with plastic hinge and not a shear failure which confirms the good resistance of the adhesive joint in case of creep or fatigue

Cette thèse a pour objectifs de développer une modélisation aussi fine que possible des structures aciers et mixtes acier-béton sous sollicitations cycliques avec prise en compte d'une part du comportement des assemblages et d'autre part des non-linéarités géométriques et du contact à l'interface acier-béton. Notre attention porte en particulier sur l'assemblage de type poutre acier/mixte sur poteau métallique par platine d'extrémité boulonnée. L'objectif étant de proposer un modèle «élément fini» d'assemblage qui reproduit aussi fidèlement que possible le comportement cyclique de ce dernier pour ensuite l'assembler à un élément fini de poutre non-linéaire acier ou mixte avec prise en compte, pour ce dernier, du soulèvement à l'interface. Le travail se compose de 3 parties distinctes. Un premier modèle qui se base sur la méthode des composantes a été développé ayant pour objectif de suivre la déformation de chaque composante au cours des cycles et de prendre en compte les non-linéarités induites par la séparation entre la platine d'extrémité et la semelle du poteau auquel elle est boulonnée. Ce modèle type composantes, a été développé pour une rangée de boulons. Dans le cas le plus fréquent, de deux rangées de boulons, une résistance de groupe (en plus des résistances individuelles de chacune des rangées) est susceptible de se développer. Pour rendre compte de ce phénomène, nous avons implanté le modèle proposé par Cerfontaine qui repose sur la définition d'une surface de charge et une règle d'écoulement associée pour déterminer les allongements des ressorts équivalents. Seul le cas de plasticité parfaite est considéré. Il est mis en évidence que l'influence de l'effet de groupe s'avère non négligeable sur le comportement post-élastique de l'assemblage et donc de la structure. Dans une seconde phase, nous proposons un modèle de poutre métallique classique en grands déplacements (approche co-rotationnelle) avec rotules généralisées aux extrémités. Nous faisons l'hypothèse que les déformations plastiques sont concentrées aux rotules dont le comportement plastique est contrôlé par une surface de charge asymétrique (anisotrope) qui peut prendre différentes formes selon la valeur donnée à un facteur q dit « facteur de forme». Chacune de ces rotules plastiques comprend un ressort longitudinal pour l'effort normal Net un ressort spiral pour le moment fléchissant M. L'interaction (M-N) entre ces deux efforts dans le domaine plastique est régie par le critère de plasticité. Le modèle de rotule plastique généralisé proposé permet de rendre compte de l'adoucissement cyclique, de la ductilité et du « pinching effect ».Nous montrons aux travers de plusieurs exemples la pertinence mais également les limites d'une telle approche. Dans une troisième partie, nous proposons un nouvel élément fini de poutre mixte (à 6 ddl par nœud) en petits déplacements avec prise en compte de la non-linéarité matérielle de la poutre ainsi que du contact entre l'acier et le béton. Une stratégie efficace de type nœud mobile (Flying Node) est proposée pour déterminer l'étendue de la surface de contact au sein d'un élément fini et d'adapter le maillage de l'élément poutre/poteau. Pour la résolution du problème de contact, la technique du Lagrangien Augmenté a été retenue. On montre que dans certaines situations, le soulèvement modifie la redistribution des efforts. / The goal of this thesis is to develop computational tools for the nonlinear analysis of steel and composite steel-concrete structures under cyclic loading taking into account the actual behaviour of joint, material and geometry non-linearities and contact conditions at the steel-to-concrete interface. In particular, our efforts focuses on typical bolted end-plate connection between steel or composite beam and steel column. The objective is to develop a new «joint finite element" able to reproduce accurately the cyclic behavior of the beam-to-column connection. Next this model is combined with a non-linear steel/composite beam element considering slip and possible uplift at the interface. The thesis consists of three major parts. The first part deals with the behavior of a steel beam-to-column bolted end-plate connection under arbitrarily cyclic loading. The proposed model is based on an improved component method that closely follows the deformation of each component taking into account non-linearities induced by possible gap between the column flange and the end-plate. This model has been developed for a single row connection. In the case of multiple row bolted connection group effects may develop. Possible group effect between two bolt-rows has been implemented considering the model proposed by Cerfontaine based on the definition of the multi-surface yield criterion and the associated flow rule that govern deformation of equivalent springs. Only the case of perfect plasticity is considered. It is shown that the influence of the group effect is not negligible on the nonlinear response of the joint. In the second part, we have developed a flexible co-rotational two-noded beam with generalized elasto-plastic hinges at the beam ends. It is assumed that plastic deformations concentrate at these hinges. These hinges have the ability to elongate/shorten along the beam axis and to rotate. A family of asymmetric and convex yield surfaces of super-elliptic shape is considered for the plastic behavior of the hinges. By varying the roundness factor, an infinite nun1ber of yield surface are obtained. It is shown that the nonlinear response of bolted connections subjected to both bending and tension are conveniently modeled with such a yield surface. It was observed that cyclic loading produces pinching effect, cyclic softening and ductile behavior. Advantages and limitations of the approach are discussed. Finally, the third part is dedicated to the problem of contact at the interface of steel-concrete composite beams. A "new" finite element for composite steelconcrete beam is proposed. The beam element has 6 degrees of freedom per node. The concrete beam is allowed to separate from the steel beam. An efficient contact algorithm is proposed. The Flying node concept is introduced and used to determine the extent of the contact area within a single element and modify the mesh of the beam structure. The contact problem is solve using the Augmented Lagrangian Method. The influence of contact on the loading capacity of the beam and its influence on some design variables are highlighted.