Caractérisation du comportement des assemblages par goujons collés dans les structures bois

• Auteur / Autrice : Julie Lartigau
• Direction : Stéphane Morel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 12/07/2013
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux - Institut de Mécanique et d'Ingénierie de Bordeaux / I2M
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Dubois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georges Adjanohoun, Éric Martin, Dominique Millereux, Jean-Luc Coureau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Robert Le Roy, Parviz Navi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture, Mécanique de la

Éléments finis, Méthode des

Simulation par ordinateur

Résistance des matériaux

Assemblages (construction)

Propriétés mécaniques

Assemblages collés

Mots clés libres

Structures bois

Assemblages par goujons collés

Modélisation par éléments finis

Mécanique de la rupture

Mode mixte (I + II)

Timber structures

Glued-in-rods

Finite element computations

Fracture mechanics

Mixed mode (I + II)

Résumé

L’utilisation des goujons collés dans les structures bois répond au souci de conservation du bâti et de discrétion de l’intervention. A ce jour, plusieurs procédés de caractérisation et de dimensionnement sont disponibles, sans pour autant donner un socle commun à l’évaluation de la résistance des assemblages collés. L’utilisation des goujons collés suscite des interrogations concernant leur tenue au feu. Bien que le matériau bois entourant les tiges de renforcement soit isolant, il est nécessaire de fournir de plus amples estimations concernant la tenue mécanique des polymères pour différentes températures que l’on pourrait trouver au sein d’une liaison au cours d’un incendie. La présente étude permet de coupler méthodes expérimentales et simulations numériques, afin d’appréhender les mécanismes gouvernant la rupture de ces assemblages. La caractérisation expérimentale permet d’estimer les propriétés mécaniques locales des assemblages suivant divers paramètres (les longueurs de scellement, l’orientation du fil du bois, l’essence de bois, ou encore la température d’exposition), ainsi que les propriétés intrinsèques aux matériaux constitutifs. Cette base de données expérimentale est indispensable pour l’ajustement du modèle aux éléments finis en élasticité linéaire. L’approche numérique met en évidence une présence importante de contraintes normales en tête de collage, avant l’apparition de contraintes de cisaillement. Les outils de la Mécanique Linéaire Élastique de la Rupture équivalente permettent d’établir des courbes de résistance liées à chaque mode de ruine (mode I et mode II). Enfin, afin de décrire précisément le processus complet de rupture de ces assemblages, un critère de rupture en mode mixte (mode I et mode II) est utilisé. Une formulation analytique permettant d’estimer la charge au pic est proposée et permettra la réalisation d’abaques de dimensionnement des assemblages par goujons collés, utilisables en bureau d’études.

Glued-in-rods lead to overcome the use of traditional bolted connections, preserve a large part of original timber and offer aesthetic benefits (since the repair is hidden in the cross sections of the members). Despite previous research programs in many countries, some design rules, predicting the axial strength of such connections, are available, but a common criterion is still lacking. However, the durability of this process according to fluctuating temperature is not well known. During fire exposure, connections are not directly in contact with flames, since they are isolated by surrounding wood. The current study combines experiments with finite element computations, in order to lead a better to a better knowledge about their mechanical and fracture behaviors. An important experimental campaign is carried out on such connections and provides the influence of various parameters, such as the anchorage length, the rod-to-grain angle, the specie of wood or the temperature exposure, on their mechanical behaviors. Moreover, the inherent mechanical properties of the rod and the adhesives used are also studied. The finite element modeling reproduces the experimental configuration, and reveals significant tensile stresses in comparison with shear stresses. Within the framework of equivalent linear elastic fracture mechanics, R-curves in mode I and mode II can be estimated for each specimen. Finally, a fracture criterion in mixed mode is used to describe the complete fracture process of glued-in rods. An analytical formulation is then proposed and allows the evaluation of peak load of each specimen. This approach leads to realize design tables, usable by design offices.