Développement et caractérisation d’une connexion hybride béton-acier utilisée comme rupteur de pont thermique balcon-plancher en Isolation Thermique par l’Extérieur

par Benoit Le Gac

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Hugues Somja.

Soutenue le 20-09-2018

à Rennes, INSA , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences pour l'ingénieur (Rennes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (Comue) .

Le président du jury était Abdelouahab Khelil.

Le jury était composé de Hugues Somja, Abdelouahab Khelil, Abdelhamid Bouchaïr, Hervé Degée, Mohammed Hjiaj, Franck Palas.

Les rapporteurs étaient Abdelhamid Bouchaïr, Abdelhamid Bouchaïr.


  • Résumé

    L'objectif principal de cette thèse de doctorat est le développement et la caractérisation d'une connexion hybride balcon-plancher à usage de rupteur d( pont thermique pour bâtiments isolés par l'extérieur. Structurellement, elle doit assurer la transmission d'un moment de flexion important et un effort tranchant liés au porte-à-faux du balcon. Ce système est de la famille des connexions hybrides encore peu décrites dans la littérature scientifique et pou laquelle ces travaux apportent une contribution. Les solutions existantes pour corriger les ponts thermiques de balcon impliquent des contraintes architecturales ou techniques. Les rupteurs de ponts thermiques sont une solution pertinente structurellement et them1iqucment. Les principaux systèmes existants n'exploitent pas de technologie hybride béton-acier à ce jour. Le comportement mécanique du rupteur a d'abord été testé expérimentalement sous chargement vertical statique monotone lors d'une campagne de cinq essais. Les résultats mettent en évidence une réponse moment-rotation très ductile et conforme aux attentes des pré-dimensionnements. Dans le prolongement de l'interprétation expérimentale, un modèle semi-empirique a été développé. Le gain apporté par une disposition spécifique d'ancrage en traction par barres transversales soudées a pu être quantifié en comparaison avec les modèles analytiques existants. Le comportement différé de la connexion, imputable au nuage du béton à l'interface avec les éléments hybrides a fait l'objet d'une étude expérimental, Le lien entre l'évolution de la rotation de la connexion et le coefficient de nuage matériel a été établi. Un modèle numérique calibré sur les essais de chargement vertical a permis d'étudier en détail le fonctionnement de la clé de cisaillement du rupteur. La détermination des conditions aux limites du système a permis de justifier les diagrammes d'efforts sur la clé. Enfin, le dernier volet de ce travail de thèse concerne la justification en fatigue du système sous l'action de la dilatation thermique différentielle entre h balcon et le plancher. /\près une série d'essais en fatigue oligocyclique pour établir un critère de résistance et une étude de la sollicitation thermique, la durabilité du rupteur a pu être démontrée. Le développement du rupteur SUNE peut à ce stade être considéré comme abouti et pem1et d'en valider l'aptitude pour une gamme de produit. L'industrialisation et la commercialisation du produit passera nécessairement par une certification pour laquelle des justifications poussées sont d'ores et déjà établies et seront un gage de pertinence scientifique du système.

  • Titre traduit

    Developement and characterization of a steel-concrete hybrid connection used as a theral break system for externally insulated buildings


  • Résumé

    The main goal of this Ph.D. thesis is the development and characterization of a hybrid balcony-floor connection used as a thermal break for externally insulated buildings. Structurally, it must ensure the transmission of a significant bending moment and a shear force due to the balcony cantilever. This system belongs to the hybrid connections still poorly described in the scientific literature and for which this thesis makes a contribution. Existing solutions to avoid balcony's thermal bridges involve architectural or technical constraints. Thermal break systems are structurally and thermally relevant solutions. The main existing systems do not involve steel concrete hybrid technology to date. The mechanical behavior of the developped system has firstly been tested under vertical static loading during a campaign of five tests. The results show a very ductile moment-rotation response that meets design expectations. As an extension of the experimental interpretation, a semi-empirical model has been developped. The gain of stiffness obtained by a specific anchoring detail has been quantified in relation to existing analytical models. The creep behavior of the connection, due to the concrete creeping at the interface with the hybrid elements has been the object of an experimental study. The link between the evolution of the connection rotation and the material creep coefficient has been established. A finite element mode! has been calibrated on the vertical loading tests and allowed to study in detail the behaviour of the system's shear key. The determination of the boundary conditions of the system justifies the force diagrams on the key. The last part of this work concerns the justification of the system under the fatigue loading provoked by the differential thermal expansion between the balcony and the floor. A series of tests under oligocyclic fatigue loading was performed to establish a resistance criterion and a study of the actual thermal stress action was completed. Finaly, the durability of the connection has been demonstrated. The development of this hybrid connection can be successfully considered and validates the suitability for a range of products. The industrialization and marketing of the product will go through a certification for which the justifications are already established and will be a guarantee of the scientific relevance of the system.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible sur intranet à partir du 20-09-2023

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