Caractérisation du comportement sismique d’une connexion hybride plancher-voile utilisée comme rupteur de ponts thermiques

Characterization of the seismic behaviour of an hybrid wall-to-floor connection used as thermal break

• Auteur / Autrice : Gaël Le Bloa
• Direction : Mohammed Hjiaj
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 01/12/2014
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie civil et génie mécanique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Legendre Construction
• Jury : Président / Présidente : André Plumier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohammed Hjiaj, André Plumier, Riccardo Zandonini, Emmanuel Ferrier, Luís Simões da Silva, François Toutlemonde, Franck Palas, Hugues Somja
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Riccardo Zandonini, Emmanuel Ferrier, Luís Simões da Silva

Mots clés

Mots clés contrôlés

Construction

Planchers en béton

Dissipation d'énergie

Constructions en béton armé

Effets des séismes

Isolation thermique

Génie parasismique

Constructions -- Effets des séismes

Mots clés libres

Connexion hybride acier-béton

Clé de cisaillement

Rupteur de pont thermique

Buildings -- Earthquake effects

Earthquake engineering

Insulation (Heat)

Buildings, Reinforced concrete

Energy dissipation

Floors, Concrete

Résumé

L'objectif majeur de la présente thèse de doctorat est la validation structurelle d’une connexion hybride plancher-voile pour la reprise de l'action sismique dans les bâtiments en béton armé à voiles. Le manque de références normatives et scientifiques pour la caractérisation de ce type de système, nous a conduits à concevoir un protocole de caractérisation original basé principalement sur une analyse expérimentale à grande échelle du comportement de la liaison plancher-voile. Tout d'abord, nous présentons quelles ont été les problématiques et les exigences qui ont amené à l'innovation du rupteur de ponts thermiques SLABE, connexion hybride pour la jonction plancher-voile. Nous analysons ensuite les protocoles de caractérisation cyclique pour les systèmes structurels similaires (''coupling beams'' ou ''shearheads''). Sur base de cette réflexion, nous proposons un programme expérimental composé de trois séries d'essais: deux campagnes à grande échelle visant à restituer au mieux les configurations courantes de chargement dans un bâtiment (sollicitations horizontales et verticales), et une campagne d'essais d'ancrage. Ces essais sont capables de caractériser le comportement de la liaison dans les trois directions de l’espace. Les résultats de chaque campagne d'essais sont présentés dans le détail. Ils montrent notamment que la connexion étudiée, sous chargement cyclique, se comporte de façon quasi-élastique et stable pour les niveaux de charge correspondant aux sollicitations sismiques en France métropolitaine. De plus, ces essais ont souligné la grande réserve de ductilité du système, permettant une redistribution des efforts et contribuant ainsi à une meilleure robustesse du système, indispensable pour une sollicitation sismique présentant, par nature, un fort degré d’incertitude. Enfin, nous évaluons l'impact de la connexion plancher-voile sur le comportement structurel des bâtiments au travers d’une analyse structurelle sur des ouvrages de référence. Nous analysons la réponse modale et la redistribution des efforts entre les voiles de contreventement. Cette évaluation nous permet de définir une démarche de dimensionnement pour les ouvrages béton armé munis de ces éléments et de proposer des outils de calcul adaptés à l’ingénieur. L’exhaustivité de la démarche de validation présentée en fait une référence, déjà reconnue par les instances décernant les agréments techniques français, et qui pourrait être proposée comme protocole standard pour la validation des systèmes de rupteurs de ponts thermiques ou de liaison plancher-voile, au niveau européen.

The main objective of the PhD thesis is the structural evaluation of a hybrid structural connection at the slab-to-wall junction in concrete shear wall buildings under seismic action. The lack of normative and scientific literature for the characterization of this kind of systems leads us to devise an original protocol for the characterization which is mainly built on a large-scale experimental analysis of behaviour of the slab-towall connection. First, we explain the reasons that led us to design an innovative thermal break system, the SLABE, which is thermally insulated hybrid connection for the slab-to-wall junction. Then we analyse the existing protocols for the cyclic characterization of similar structural systems (''coupling beams'' or ''shearheads''). Based on the outcome of this investigation, we propose an experimental program composed with three test series: two large-scale campaigns where the actual loading conditions in a building are reproduced (horizontal and vertical shear forces) and an axial test campaign. The test results provided the required information to correctly characterize the behaviour of the hybrid connection in the three directions in space. The results of the experimental campaigns are presented in detail. In particular, they show that the connection, under cyclic loads, exhibits a quasi-elastic and stable behaviour at usual seismic load levels, in France. In addition, these tests highlight the large reserve of ductility of the system that guarantees the robustness of the system. This is essential for seismic actions which have by nature a high degree of uncertainty. The impact of the slab-to-wall connexion on the structural behaviour of buildings is evaluated through a structural analysis on representative structures. We particularly analyse the modal response and the force redistribution between the internal and external shear walls. Based on the outcome of this study, we suggest a seismic design method for reinforced concrete structures equipped with these structural elements. Along with that, we propose a computational tool for engineers. The completeness of the presented validation approach makes it a benchmark, already recognized by the French authorities granting technical approvals. It could be proposed as a standard protocol for the validation of other thermal break systems or hybrid slab-to-wall connections, at European level.