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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/144403 |
| Date | 03 June 2024 |
| Creators | Jaradat, Mohammad |
| Contributors | Annan, Charles-Darwin |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | 1 ressource en ligne (xv, 97 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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