Strength and Stability of Cross-Laminated-Timber Walls at Short and Long Term

par Olivier Perret

Thèse de doctorat en Structures et Matériaux

Sous la direction de Karam Sab.

Soutenue le 04-12-2017

à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Laboratoire Navier (Paris-Est) (laboratoire) et de Laboratoire Navier / NAVIER UMR 8205 (laboratoire) .

Le président du jury était Laurent Bleron.

Le jury était composé de Karam Sab, Arthur Lebée, Cyril Douthe.

Les rapporteurs étaient Panagiotis Kotronis, Jean-Luc Coureau.

  • Titre traduit

    Résistance et stabilité des murs en bois lamellé-croisé à court et à long terme


  • Résumé

    Ce mémoire de thèse aborde le problème du flambement de murs en bois lamellé-croisé. Ces panneaux de bois, constitués de planches collées perpendiculairement, sont de plus en plus utilisés dans la construction. La tendance actuelle du marché est de concevoir des immeubles de grande hauteur, ce qui soulève la question de la résistance en compression de ces murs. Il s'avère que le bois est fortement anisotrope. En particulier, la raideur et la résistance en cisaillement perpendiculaire aux fibres, également appelé cisaillement roulant, sont beaucoup plus faibles que dans la direction parallèle aux fibres. Ce fort contraste nécessite un critère de conception plus élaboré que les outils classiques utilisés dans l'ingénierie du bois. Ce travail est organisé en deux parties. Dans la première partie, la raideur équivalente de cisaillement transverse d'un panneau de bois lamellé-croisé est étudiée. Des bornes sont établies par une approche théorique. Ces bornes sont validées par un nouveau dispositif expérimental qui permet la mesure de la raideur en cisaillement roulant avec une variabilité plus faible que le test textit{single-lap} classiquement utilisé. Dans la deuxième partie, ces données sont utilisées dans l'analyse du flambement de panneaux en bois lamellé-croisé en raffinant progressivement le problème. Dans un premier temps, la charge critique de flambement linéaire d'une plaque épaisse sans imperfections est établie. Cette charge critique est basée sur une nouvelle théorie de plaque d'ordre supérieur et montre que la charge critique de flambement basée sur une théorie de plaque mince (Kirchhoff-Love) ne peut pas estimer correctement la résistance de murs en bois lamellé-croisé. Dans un second temps, l'influence des imperfections est étudiée en adaptant l'approche classique de Ayrton et Perry à une poutre de Timoshenko. Cette extension a révélé qu'un nouveau critère de résistance doit être satisfait lors du flambement qui est spécifique aux murs en bois lamellé-croisé. Dans un dernier temps, cette analyse est étendue aux charges permanentes en supposant une loi de fluage simple qui conduit à un nouveau critère de conception simple qui pourrait facilement être adopté dans les codes de conception actuels


  • Résumé

    This PhD thesis addresses the issue of CLT wall buckling. These wooden panels, made of boards which are glued cross-wise, are more and more used in construction. The current trend of the market is to design high-rise buildings which raises the issue of the compressive strength of such walls. It turns out that wood is a highly anisotropic material. Especially, the shear stiffness and strength perpendicular to the grain (rolling shear) are much weaker than in the direction parallel to the grain. This high contrast requires more elaborate design criteria than classical tools used in timber engineering. This work is organized in two main parts. First, the equivalent rolling-shear behavior of a CLT layer is investigated. Bounds are established for the stiffness of an equivalent layer using a theoretical approach. These bounds are validated by means of a new experimental set-up which allows the measurement of the rolling shear stiffness with less variability than the classical single lap shear test. In the second part, this data is used in the buckling analysis of CLT walls with increasing refinements. First, the linear buckling load of a thick plate without imperfection is established. This load is based on a new higher-order plate theory and reveals that the critical load based on a thin plate theory (Kirchhoff-Love) cannot predict correctly the strength of CLT walls. Then, the influence of imperfections is introduced adapting the classical approach from Ayrton and Perry to the case of a Timoshenko beam. This extension reveals that a new design criterion has to be satisfied under buckling which is specific to CLT. Finally, this analysis is extended to long term loads assuming a simple creep law and leading to a new simple design criterion which may be easily introduced in current design codes


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