Analyse multi-échelle des connexions par collage : application aux éléments structuraux multimatériaux fléchis

Multi-scale analysis of bonding connexion : applied to steel concrete structures tested by flexure

• Auteur / Autrice : Charlotte Meaud
• Direction : Emmanuel Ferrier, Bruno Jurkiewiez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 02/10/2012
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Toutlemonde, Alain Simon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hamid Bouchaïr, Alex Li

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acier -- Fatigue

Construction en béton -- Assemblages

Flexion (mécanique)

Contraintes (mécanique)

Génie civil -- Essais dynamiques

Mots clés libres

Structures mixtes acier-béton

Collage

Essais push-out

Éléments finis

Steel concrete composite structures

Bonding

Push-out test

Finite element model

Résumé

Ce travail de recherche est axé sur la compréhension du comportement en flexion, statique et instantané, des structures multimatériaux acier-béton collées du génie civil. La première étape consiste à mener une analyse expérimentale et numérique par éléments finis non linéaire sur la caractérisation de la connexion. L’essai Push-Out a été retenu : deux dallettes de béton C25/30 sont connectées à un profilé métallique. Nous faisons varier la géométrie des dallettes et du joint de colle. La ruine est cohésive dans le béton proche de l’interface par cisaillement. Un effet favorable du frottement entre dallette et presse peut se développer et induire le développement de contraintes de compression et augmenter la contrainte de cisaillement moyenne à l’interface. Les dimensions des éprouvettes et du joint de colle influent sur la charge de ruine. Ainsi, l’essai Push-Out est, dans l’état actuel de connaissances, difficile à utiliser pour la caractérisation de la connexion collée acier-béton en vue du dimensionnement de structures. La seconde partie est consacrée à l’analyse du comportement de poutres mixtes acier béton collées. Un essai sur poutre constituée de prédalles et d’une dalle de compression confirme que le collage est une alternative aux connexions traditionnelles. Nous développons aussi un modèle de calcul en variables généralisées et en variables locales en 3D non linéaire. La modélisation par éléments finis apporte plus de précisions, notamment sur l’état de contraintes à proximité de l’interface et à l’approche de la ruine. Les dimensions du joint de colle et la plastification du profilé influent sur la zone de rupture dans le béton.

This PhD thesis investigates the connection of steel-flexural members by bonding and focuseson static and instantaneous behavior. First, experimental and numerical analyses are performed. A push out test is used : two concrete blocks are connected to steel members. The influence of the concrete blocks and bonding joint geometry is examined. Cohesive shear failure appears in concrete near the interface. Failure can occur when the average shear strain is twice the tension limit of concrete, which can be explained by favorable slipping between the concrete block and the support. In this case, the bonding joint is not only solicited in shear but also in compression. Results depend on the length of bonding joint and concrete blocks geometry. So, push out test cannot be now used to characterize the bonding connection between steel and concrete in order to design structures. The second is about the analysis of the behavior of steel concrete composite beams. A precast beam with compressive concrete was tested. Results show that a bonding connection can be an alternativesolution regardless of the slab manufacturing. We develop two numerical models. The first one is based on multi-layer beam modeling and the second one is a nonlinear 3D finite element model. The stress distribution close to the interface and near failure is more accurate with the finite element model than with the generalized model. Bonding joint geometry and plastification of steel girder have an influence on the failure region in the concrete.