Optimisation and fatigue behaviour of interface wood-UHPFRC for new composite bridges
Optimisation et comportement en fatigue de la connexion bois-BFUP pour de nouveaux ponts mixtes
Résumé
This research, deals with the valorisation of wood in bridges The concept selected is a composite wood-UHPFRC (Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete) structure. This type of design has structural properties which are theoretically not reached by the use alone of wood or concrete. Here, the con crete is used in compression and wood primarily in tension. The high resistance of UHPFRC associated with the performance of wood in tension makes it possible to hope designing lightweight structures, easy to build, and using a minimum of non-renewable materia1. However, in this solution, the connection of two materials is always a great concern, in particular under the actions of fatigue. The increase of resistance and rigidity depends on the behaviour of the interface. This thesis presents theoretical and experimental studies on the contribution of connection systems to the behaviour of new wood-UHPFRC composite bridges. After the chapter devoted to bibliographical synthesis, a model, deduced from the Multi-particulate of Multi-layer Materials Models (M4), is developed. The analytical resolution in the case of a composite beam has been carried out and validated by fini te elements calculation. The model accounts for shearing deformation in the layers and slip at the interface. ln the experimental part, the exploratory tests on composite beams, with various fastener systems, covering aIl the categories, are presented. The results have showed that glued assembly of the two materials leads to the best shear stiffness, and ofFers the ultimate highest strength. A prototype of a wood-UHFRC composite deck on scale 1/3 has been designed and four specimens have been carried out. The tests have showed good behavior in fatigue. The encouraging results have thus opened prospects for new composite bridges
On s'intéresse dans cette recherche à la valorisation du matériau bois dans les ouvrages d'art. Le concept retenu est une structure mixte bois-BFUP (Béton Fibré Ultra Performant). Ce type de conception possède des propriétés structurales qui ne sont théoriquement pas atteintes par l'utilisation seule du bois ou du béton. Ici, le béton est utilisé en compression et le bois essentiellement en traction. La résistance élevée du BFUP associée à la performance du bois en flexion permet d'espérer la conception d'ouvrages légers, faciles à construire, et utilisant un minimum de matière non renouvelable. Cependant, dans cette solution, la connexion à l'interface des deux matériaux est toujours un point extrêmement sensible, notamment sous les actions de fatigue. Du comportement de l'interface dépend le taux d'augmentation de la résistance et de la rigidité. Cette thèse présente des études théoriques et expérimentales sur la contribution des systèmes de connexion au comportement global de nouveaux ponts mixtes bois-BFUP. Après le chapitre de synthèse bibliographique, un modèle, appartenant à la famille des Modèles Multiparticulaires des Matériaux Multicouches (M4), est développé. Sa résolution analytique pour le cas de la poutre mixte a été réalisée et validée par un calcul aux éléments finis. On met en évidence la bonne prise en compte des déformations de cisaillement dans les couches et de glissement à l'interface. Dans la partie expérimentale, des essais exploratoires en flexion sur des poutres mixtes, équipées de différents systèmes de connexion couvrant toutes les familles, sont présentés. Les résultats ont montré que la solution par collage entre le bois et le BFUP est bien plus performante que les autres solutions, tant en rigidité qu'en résistance. Un prototype d'un tablier mixte bois-BFUP collé à l'échelle 1/3 a été ensuite conçu et quatre exemplaires ont été réalisés. Les tests ont permis de démontrer la bonne tenue en fatigue de la solution par collage. Les résultats positifs ont ainsi ouvert des perspectives pour de nouveaux ponts mixtes.
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