Modélisation des Structures en Bois
Transcript of Modélisation des Structures en Bois
Dhionis DHIMA
Modélisation des Structures en Bois
2
t fi (
s)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
portique
rotulé en pied
portique
encastré en
pied
pouttre
continue
bloquée
poutre
continue
poutre bi-
articulée
poutre
isostatique
Acier
Béton
Bois
Résistance au feu de différents types de structures dimensionnées selon
EC2, EC3 et EC5
Modélisation du comportement des Structures au feu
3
Assemblages bois
Partie expérimentale Traction parallèle, transversale et à 45° aux fibres
Flexion
Partie numérique - Modélisation Comportement mécanique à froid
Transfert thermique
Comportement thermomécanique
Modélisation du comportement
thermomécanique des CLT
Modélisation des Structures en Bois
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Essais à froid : Nu
Essais au feu : tfi ( = 10, 20 et 30% de Nu)
Bois - bois
Bois - métal
: 12, 16 et 20 mm
t1 : 50, 60, 76 et 100 mm
dp: 6, 8 et 10 mm
: 12, 16 et 20 mm
t1 : 50, 60, 64 et 84 mm
Assemblages bois – Partie expérimentale
5
5
: 16 et 20, t1 : 77,5 et 105 mm et dp : 8 et 10 mm
: 16 mm, t1 : 77,5 mm, dp: 8 mm
Assemblages bois – Partie expérimentale
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Traction longitudinale : cisaillement le long des files d’organes
Traction transversale :
fendage du bois
Flexion :
enfoncement du bois
Assemblages bois – Partie expérimentale
Modes de rupture observés au feu
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Modélisation du comportement mécanique à froid
Modélisation du transfert thermique
Modélisation du comportement thermomécanique
Assemblages bois – Modélisation
Hypothèses :
Les facteurs de réduction des propriétés physicomécaniques du bois (traction, compression et cisaillement) : EC5-1.2
Transversalement le bois est considéré orthotrope
Difficultés rencontrées :
Incertitudes sur les propriétés thermophysiques du bois
Transferts thermiques dans les assemblages bois-métal
Incertitudes sur les propriétés physicomécaniques du bois
(valeurs réelles et normatives)
Critères de rupture (dissymétrie du comportement entre traction et
compression)
Traitement du contact entre les composants (modification du maillage)
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Assemblages bois – Modélisation
8
■ Bois : 3 critères d'élastoplasticité : Hill (Tsaï-Hill) , Hill + Hoffman, Hill + Tsaï Wu
Traction parallèle au fil : écoulement plastique : Hill (Tsaï-Hill)
pas de critère de rupture
Traction perpendiculaire au fil et flexion :
écoulement plastique : Hill (Tsaï-Hill)
critère de rupture (de contrainte normale) : Tsaï -Wu
A froid
■ Plaques métalliques : critère de plasticité de Von Misès
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Maillage transfert thermique
Maillage comportement
thermomécanique
Assemblages bois – Modélisation
Au feu
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Broches Boulons
Assemblages bois – Modélisation
Propriétés thermiques : r(q), l (q), C(q)
Acier : EC3-1.2
Bois :
• c(q) - Fredlund/Janssens,
• l (q) - Janssens,
• r(q) - EC5-1.2
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Mesurées (t=20 min) Calculées
Assemblages bois – Modélisation
Températures des organes d'assemblages
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Assemblages bois – Modélisation
Bois-métal
■ Assemblages en traction longitudinale
Critères de plasticité :
Bois : Hill (Tsaï-Hill)
Acier : Von Misès
Acier : Von Misès
Traction perpendiculaire au fil et flexion
Critères de plasticité :
Bois : Hill (Tsaï-Hill)
Acier : Von Misès
Critère de rupture :
Bois : Tsaï-Wu
Au feu
Bois-bois
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Flexion
Assemblages bois – Modélisation
Traction 90°
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Assemblages bois – Modélisation
b
1 b
2
b
3
boulon
Moyenne
Au feu
15 Assemblage A16 – = 10%
F / broches
28
27
26
25
24
23
22
21
20
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Assemblages bois – Modélisation
Au feu
16
RkvfiRkv FF ,,,
fitke
= e-0.085*tfi
= e-0.045*tfi
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
=
Fa
pp
/Fv,R
k
Durée de résistance au feu - tfi (minutes)
Valeurs calculées
EC5 (bois-métal, broches d≥12)
exp( -0.045*tfi)
Valeurs experimentales
Expon. (EC5 (bois-métal, broches d≥12))
Expon. (exp( -0.045*tfi))
Au feu Formule proposée pour le guide "Fire in Timber"
Assemblages bois – métal brochés
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%87.7
~
,
,
simfi
fisimfi
t
tt
Assemblages bois – Dimensionnement formule simplifiée
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Assemblages brochés et boulonnés
19
Modélisation du comportement au feu des
CLT
20
Plancher CLT après un essai au feu
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Modélisation du transfert thermique d'un
plancher CLT
Epaisseur 5 x 20 = 100 mm - Calcul avec délamination
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Modélisation du transfert thermique d'un
plancher CLT
Temps (min) 5 29 30 45 46 59 60
dchar (mm) 2.66 19.62 23.53 39.95 43.64 60.43 65.09
def f ,compression (mm) 89.72 65.88 64.74 47.62 46.24 28.61 26.62
k0d0 compression (mm) 7.63 14.51 11.73 12.43 10.12 10.96 8.29
def f ,traction (mm) 92.71 71.76 70.13 52.78 50.86 33.19 30.43
k0d0 traction (mm) 4.63 8.62 6.34 7.27 5.51 6.38 4.48
def f ,cisaillement (mm) 90.84 68.08 66.76 49.55 47.97 30.33 28.05
k0d0 cisaillement (mm) 6.50 12.30 9.71 10.49 8.39 9.24 6.86
EC5
Epaisseur 5 x 20 = 100 mm
Calcul avec délamination Propriétés thermophysiques EC5-1.2
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Epaisseur 5 x 20 = 100 mm
Calcul sans délamination
Modélisation du transfert thermique d'un
plancher CLT
30 60
dchar (mm) 20.2 37.5
deff,compression (mm) 65.1 44.1
k0d0 compression (mm) 14.7 18.3
deff,traction (mm) 71.1 51.7
k0d0 traction (mm) 8.7 10.8
deff,cisaillement (mm) 67.3 47.0
k0d0 cisaillement (mm) 12.5 15.5
dchar (mm) - essais tchar (min) b0 (mm)
20.2 30 0.67
37.5 60 0.63
54.5 90 0.61
Temps (min)l(q) et C(q) - EC5-1.2
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30 60 30 60
dchar (mm) 20.2 37.5 23.5 65.1
deff,compression (mm) 65.1 44.1 64.7 26.6
k0d0 compression (mm) 14.7 18.3 11.7 8.3
deff,traction (mm) 71.1 51.7 70.1 30.4
k0d0 traction (mm) 8.7 10.8 6.3 4.5
deff,cisaillement (mm) 67.3 47.0 66.8 28.0
k0d0 cisaillement (mm) 12.5 15.5 9.7 6.9
Sans délamination Avec délamination
Temps (min)
l(q) et C(q) - EC5-1.2
Modélisation du transfert thermique d'un
plancher CLT
Comparaison k0d0 avec et sans délamination (5 x 20 = 100 mm)
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Comparaison des température mesurées et calculées à
l'interface entre les différentes couches
Modélisation du transfert thermique d'un
plancher CLT
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Modélisation du transfert thermique d'un
plancher CLT
Comparaison des flèches mesurées et calculées à mi-portée
d'un plancher de 4,6 m.
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Assemblage :
La modélisation avancée a permis de proposer une formule simplifiée
La modélisation permet de réaliser des études de sensibilité qui améliorent la compréhension de l'influence des différents paramètres sur le comportement au feu des assemblages
Plus de recherche relative au critère de rupture est nécessaire
CLT :
Les résultats des modélisations de transfert thermique et thermomécanique fournissent des résultats très satisfaisants
La modélisation avancée permet de simuler correctement le comportement de ces éléments de construction
Conclusions
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Merci de votre attention