Comportement des assemblages rivetés renforcés par soudure

Behaviour of riveted connections reinforced by welding

• Auteur / Autrice : Lynita Sarou
• Direction : Maël Couchaux, Stéphane Sire, Mohammed Hjiaj
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 07/12/2023
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Pour l'Ingénieur (Lorient ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Régie autonome des transports parisiens
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie civil et génie mécanique (LGCGM) - Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique / LGCGM
• Jury : Président / Présidente : Abdelhamid Bouchaïr
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Chataigner, Cristina Mihaela Câmpian
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelhamid Bouchaïr, Sylvain Chataigner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Technique ferroviaire

Construction métallique

Contraintes résiduelles

Soudage

Assemblages à rivets

Mots clés libres

Soudabilité

Contraintes résiduelles

Rivet

Déformation transversale

Contact

Weldability

Residual stress

Rivet

Transverse deformation

Contact

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur l’étude de la possibilité de renforcer par soudage des assemblages rivetés de longeron sur pièce de pont d’ouvrages ferroviaires anciens. La première partie de l'étude vise d'abord à comprendre l'effet du soudage sur le développement des contraintes résiduelles. Les aciers anciens pouvant être non soudables, l'étude inclut le calcul d’un indice de soudabilité basé sur la composition chimique des aciers, ainsi que des tests de contrôle de la qualité des soudures. Afin de comprendre l’influence du procédé de soudage sur les contraintes résiduelles, des essais ont été menés sur deux types d’éprouvettes, combinant la méthode de mesure par diffraction X et la méthode de contour. Des essais de traction sur des assemblages à clin par cordons d'angles fabriqués à partir de différents aciers (anciens et modernes), ont été effectués. Un modèle numérique basé sur le code de calcul par éléments finis ANSYS APDL a été développé pour simuler le procédé de soudage et les essais de traction. La deuxième partie de la thèse se concentre sur le comportement mécanique des assemblages, avec et sans renforcement par soudure. Une approche combinée d'études analytiques, numériques et expérimentales est adoptée. Cinq assemblages de longeron sur pièce de pont, renforcés ou non par soudure, ont été testés sous chargement statique. Des modèles numériques intégrant des éléments volumiques et de contact sont développés dans ANSYS APDL. Un modèle analytique pour calculer la rigidité en rotation, le moment plastique et la position du centre de compression est proposé. Ce modèle prend en compte la déformabilité transversale de la poutre en contact avec une fondation élastique de Winkler pour les composants en compression, ainsi que la flexion, l'élongation, le cisaillement des rivets et l’ovalisation des perçages pour les composants en traction.

This thesis focuses on studying the possibility of reinforcing riveted connections of stringer-to-floor-beam connections in ancient railway bridge through welding. The primary objective of this study is to comprehend the welding's impact on residual stress development. Due to the potential non-weldability of old steels, the initial phase of the research involves calculating a weldability index based on chemical composition and conducting quality control tests on the welds.In order to be able to understand the influence of welding’s process on residual stress, experimental tests were conducted on two types of specimens, combining X-ray diffraction and contour methods. Tensile tests on lap joints made from various steels (ancient and modern) were performed. A numerical model, developed using the finite element analysis code ANSYS APDL, was employed to simulate the welding process and tensile tests. In the second part of the research, the focus shifted to the mechanical behaviour of the stringer-to-floor-beam connection, both with and without welding reinforcement. A combined approach of analytical, numerical, and experimental studies was adopted. Five full-scale tests of stringer-to-floor-beam connections subjected to static loads have been performed. Numerical models integrating brick and contact elements were developed in ANSYS APDL. In addition, an analytical model was proposed to calculate initial rotation stiffness, plastic bending moment, and the center of compression of the connection. This model takes into account the transverse deformability of the beam in contact with an elastic Winkler foundation for compression components, as well as bending, elongation, shear, and rivet bearing deformation for tension components