Application et modélisation du principe de la précontrainte sur des assemblages de structure bois, Application and modelling of the pre-stress principle on timber joints

Pascal Toussaint

Description

Sous la direction de Pascal Triboulot, Jean-François Bocquet
Thèse soutenue le 22 janvier 2010: Nancy 1
Dans un assemblage précontraint, des efforts sont transmis entre les pièces par mobilisation du frottement suite à l'application d'une contrainte de compression normale. L'objectif de ce travail était de transposer ce principe de transmission des efforts au matériau bois. A partir de résultats existants, une étude expérimentale préliminaire a été menée sur des chaumes de bambou. L'intérêt de cette « graminée » par rapport au bois est sa résistance importante en compression transversale. Pour appliquer ce principe à des avivés de bois, il a été nécessaire de les densifier par compression localisée à froid au-delà de leur limite élastique. Une caractérisation de Picea abies en compression transversale au-delà de sa limite élastique a été réalisée. Cette analyse a abouti à une loi de comportement fonction de la densité de l'éprouvette. De plus, l'influence de la densification du bois sur sa résistance en traction longitudinale a été mesurée. Il s'avère que cette résistance est constante puis chute à partir d'un taux de densification critique fonction de la masse volumique du bois. La phase de mise en place de la précontrainte dans les assemblages bois et bambou testés a été modélisée par éléments finis. L'orthotropie des matériaux a été pris en compte par la superposition d'un modèle mousse (comportement non-linéaire transversal) et d'un modèle poutre (direction longitudinale) créant une structure dont la taille des éléments ne descend pas en dessous de celle des cernes. Ce modèle structural mésoscopique a permis de simuler les phases de densification, charge, décharge de l'assemblage et d'atteindre la limite à rupture, permettant d'aller jusqu'à une démarche d'optimisation.
-Assemblage bois
-Précontrainte
-Compression transversale
-Traction longitudinale
-Modèle éléments finis
In a pre-stressed fastener, forces are transmitted between two elements by friction which is made possible by the application of transversal compression forces. The aim of this work was to apply this principle to timber fasteners. Thanks to former results, a preliminary experimental study was done on stubbles of bamboo. This “grass” has a higher transversal compression resistance than wood. In order to transpose the principle of pre-stress from bamboo to timber, it was necessary to increase the compression resistance of timber. The idea proposed here is the densification of wood by localised cold compression beyond its elastic limit. Picea abies was characterized in transversal compression beyond its elastic limit. This analysis gave stress-strain curves which depend on the density of the wood. The influence of the densification on the resistance in longitudinal tension was also measured. This resistance is constant and then it decreases rapidly from a critical densification rate function of the density of the wood. The pre-stress of the tested timber and bamboo fasteners was modelled by a finite elements model. The anisotropy of the materials was taken into account by the superposition of a crushable foam model (non linear behaviour in transversal direction) and beams (longitudinal direction). This structural mesoscopic model allowed simulating the densification, the loading and unloading of the fasteners until their failure which lead to an optimization of the connectors.
Source: http://www.theses.fr/2010NAN10014/document

Sujets

• Béton

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 145
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 13 Mo

Extrait

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UNIVERSITÉ  
HENRI POINCARÉ – NANCY 1 
École Nationale Supérieure des Technologies et Industries du Bois 
Laboratoire dʹÉtudes et de Recherche sur le Matériau Bois 
École doctorale : Ressources Produits Procédés Environnement. 
Discipline : Sciences du bois et des fibres 
THÈSE  
pour obtenir le grade de  
DOCTEUR de lʹUNIVERSITÉ HENRI POINCARÉ – NANCY 1  
présentée par  
 
Pascal TOUSSAINT 
Ingénieur ENSTIB 
 
Application et modélisation du principe de 
la précontrainte sur des assemblages de 
structure bois 
 
 
 
Composition du Jury : 
 
Rapporteurs 
Hans Joachim BLA β : Professeur – Université de Karlsruhe 
Hamid BOUCHAIR : r – Maître de Conférences – Polytech. CLERMONT‐FERRAND 
Examinateurs 
Joseph GRIL : Directeur de recherches – CNRS – Laboratoire de mécanique et génie civil Université de 
Montpellier 2 
Jean‐Michel LEBAN : Directeur de recherches – INRA – LERFOB 
Pascal TRIBOULOT : Professeur ENSTIB – UHP NANCY, Directeur de thèse 
Jean‐François BOCQUET : Maître de Conférences ENSTIB – UHP NANCY 
 
  REMERCIEMENTS 
 
REMERCIEMENTS
Remercier  toutes  les  personnes,  qui  m’ont  aidé  à  réaliser  ces  travaux  de 
recherche, au cours de ces trois dernières années, me parait difficile. En effet, la 
majorité  du  personnel  technique  et  administratif,  ainsi  que  la  plupart  des 
enseignants‐chercheurs et des doctorants de l’ENSTIB, m’ont soutenu de près ou de 
loin pour mener à bien ce projet. Je me limiterai donc à citer les personnes qui ont le 
plus contribué à ces résultats. 
 
La  première  personne  que  j’aimerais  remercier  est  mon  co‐encadrant  Jean‐
François BOCQUET, sans qui cette thèse n’aurait pas été possible. En effet, il est 
l’inventeur des assemblages précontraints pour les matériaux fibreux tels qu’ils sont 
décrits dans ce document. De plus, il a participé à chaque étape de l’avancement de 
ces travaux, en s’investissant parfois plus que de raison. 
Je tiens également à remercier Pr. Pascal TRIBOULOT, encadrant de ma thèse, 
qui s’est investi pour trouver la bourse ministérielle qui a permis le financement de 
ces travaux. 
La  réalisation  des  assemblages  testés  au  cours  de  ma  thèse,  ainsi  que  les 
montages  pour  caractériser  les  matériaux  ont  été  réalisés  avec  l’appui  de  toute 
l’équipe  technique  de  l’ENSTIB  que  je  remercie.  Je  remercie  particulièrement 
Stéphane AUBERT qui a en plus largement contribué à la mise en place des essais 
mécaniques.  
La caractérisation du bois en compression transversale a été réalisée avec la 
participation de Cyril BEAULIEU. La caractérisation du bois en sollicitation mixte 
compression transversale – traction longitudinale a été effectuée à partir des travaux 
de Louis FREDERIC‐LINGLET et Romain BREVART et le montage usinage conçu 
par  Alain  RENAUD.  Laurent  COUTAGNE  a  également  participé  à  cette 
caractérisation  ainsi  qu’aux  observations  anatomiques  du  bois  en  compression 
transversale. Sur ce dernier point, je tiens à remercier tout particulièrement Marie‐
Christine  TRIBOULOT  qui  a  réalisé  toutes  les  photographies  au  microscope 
électronique  à  balayage  du  bois  densifié  et  qui  m’a  énormément  aidé  sur  la 
compréhension du matériaux bois dans cette sollicitation mixte.  
Iman TAVAKOLI a très largement contribué à mise en place du modèle par 
éléments finis décrit au chapitre 4.  
Charles BARTHRAM m’a expliqué le fonctionnement des réseaux de neurones 
et algorithme d’évolution différentielle qui ont permis la phase d’optimisation de 
l’assemblage pour le bambou.  
Je tiens également à remercier Denise CHOFFLE, Annie MOREL et Béatrice 
AUGIER pour leur patience et leur aide pour mes recherches bibliographiques ainsi 
que sa rédaction. 
 ‐ 1 ‐ REMERCIEMENTS 
 
Je remercie Renaud BLONDEAU‐PATISSIER et l’entreprise Finnforest pour le 
®Kerto  fourni. 
Je remercie également Pr. Hans Joachim BLASS pour son écoute et ses conseils 
notamment au sujet de la prise en compte des frottements au niveau du montage 
permettant la mesure de l’influence de la compression transversale sur la résistance 
en  traction  longitudinale  du  matériau  bois.  Je  remercie  également  Hamid 
BOUCHAIR pour son écoute et ses conseils sur la modélisation du bois par éléments 
finis. Je remercie également ses deux personnes pour avoir accepté d’être rapporteurs 
de ma thèse.  
 
Sur un plan plus personnel, je tiens à signaler qu’au cours de ces trois ans de 
thèse,  la  plupa