Les structures composites bois-béton (CBB) sont, aujourd'hui, de plus en plus utilisées grâce à leurs avantages de portance, leurs avantages écoresponsables et leur coût compétitif. La recherche sur ce type de structure est encore nouvelle et son potentiel de développement est très prometteur. Ce projet doctoral vise à étudier le comportement statique et au jeune âge des structures CBB. Le comportement statique des structures CBB peut être divisé en deux phases (élastique et inélastique) et il existe plusieurs méthodes pour prédire la réponse structurale pour chacune : • En phase élastique, la méthode Gamma est la plus connue grâce à sa simplicité et sa précision pour estimer la flèche et la fréquence de vibration. Cette méthode est basée sur l'hypothèse de charge sinusoïdale et, par conséquent, il existe des erreurs dans l'estimation de la force axiale et du glissement des structures CBB sous d'autres types de charges. Dans ce projet, une méthode analytique est développée pour ajuster la méthode Gamma en diminuant l'erreur de 22% à 2%. • En phase inélastique, les méthodes analytiques existantes sont soit complexes, soit moins précises en raison du comportement post-élastique du connecteur. Pour résoudre ce problème, un modèle analytique est développé en tenant compte du comportement généralement élastoplastique du connecteur et en appliquant l'approche point à point pour prédire la réponse structurale de la structure CBB. Enfin, une méthode d'ingénierie est proposée pour simplifier l'utilisation du modèle. D'autre part, le béton est un matériau spécial où sa rigidité et résistance se développent avec le temps durant la cure. Ses propriétés mécaniques sont généralement normalisées à 28 jours, lorsqu'elles atteignent des valeurs relativement élevées pour satisfaire le dimensionnement des ouvrages. En conséquence, le comportement du béton au jeune âge (avant 28 jours) est moins étudié, notamment dans la structure CBB. Ce projet doctoral s'articule autour de deux points concernant ce comportement: • Une feuille de plastique étanche est traditionnellement installée entre le bois lamellé-croisé(CLT) et le béton durant la construction pour empêcher l'échange d'humidité entre les deux matériaux dans la période du jeune âge du béton. Cet isolant entraîne une augmentation des coûts de construction et une diminution de la capacité mécanique du connecteur d'entaille. Dès lors, une recherche expérimentale est réalisée pour vérifier si cet isolant est vraiment nécessaire ou s'il peut être enlevé sans toutes fois diminuer la performance des structures CBB. • Une autre campagne d'essais est effectuée pour vérifier l'influence du retrait du béton au jeune âge sur la flèche et la capacité portante de plancher CBB coulé sur place. Simultanément, un modèle analytique est développé pour évaluer les données expérimentales. Les résultats montrent que le retrait du béton provoque une importante flèche ainsi qu'une diminution significative de rigidité de plancher CBB. Enfin, le projet peut apporter des contributions scientifiques et des retombées industrielles remarquables, tout en proposant des perspectives potentielles pour la recherche dans ce domaine. / The use of timber-concrete composite (TCC) structures is increasingly popular thanks to their advantages of bearing capacity, eco-efficiency, and affordability. Research on this type of structure is still new and its development potential is therefore very promising. This Ph.D. project aims to research the static behavior and the early age behavior of TCC structures. The static behavior of TCC structures can be divided into two phases (elastic and inelastic) and there are several methods to predict the bearing behavior for each: • In the elastic phase, the γ-method is the best known thanks to its simplicity and precision in estimating the deflection and the frequency of vibration. This method is based on the sinusoidal load assumption and therefore there are errors in estimating the axial force and slip of TCC structures under other types of loads. In this project, an analytical method is developed to adjust the Gamma method by reducing the error from 22% to 2%. • In the inelastic phase, the existing analytical methods are either complex or less exact because of the post-elastic behavior of the connector. To solve the problem, an analytical model is developed considering the generally elastoplastic behavior of the connector and applying the point-to-point approach to predict the structural behavior of CBB structure. Finally, an engineering method is proposed to simplify the use of the model. On the other hand, concrete is a special material where its rigidity and strength develop over time after pouring. Its mechanical properties are generally normalized at 28 days when they reach relatively high values to satisfy the design of structures. Consequently, the behavior of concrete in the early-age period (before 28 days) is less studied, especially in TCC structures. This Ph.D. project focuses on two points concerning this behavior: • The waterproof plastic sheet is traditionally installed between cross-laminated timber (CLT) and concrete in the construction phase to prevent the exchange of moisture between two materials during concrete early-age. This insulation causes increased construction cost and decreased notch-type connector competence. Therefore, experimental research is carried out to verify if this insulator is necessary or it can be removed while ensuring the competence of TCC structures. • Another test campaign is carried out to assess the influence of early-age concrete shrinkage on the deflection and bearing capacity of the cast-in-place TCC floors. Simultaneously, an analytical model is developed to evaluate the experimental data. The result shows that the shrinkage of the concrete causes a very large deflection and a significant decrease in the rigidity of the TCC floors. Finally, the project can bring remarkable scientific contributions and industrial benefits. In addition, it opens potential research perspectives in this research field.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/73430 |
| Date | 13 December 2023 |
| Creators | Nguyen, Truong Thanh |
| Contributors | Sorelli, Luca, Blanchet, Pierre |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xx, 200 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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