Behavior of bolted timber-steel connections with slotted holes
Comportement des assemblages mixtes bois-métal avec trous oblongs
Résumé
Nowadays, hybrid structures are common because of architectural and environmental reasons. In that context, timber steel structures are very relevant because they combine lightness with large slenderness. However, combining both timber that presents a hydroscopic behavior and steel material that is not, raises a problem of cracking in connection zone. Indeed, the large number of connectors in this part of the structure prevents timber from swelling and shrinkage deformations and then creates cracks. In order to limit the effect of the connection on the cracking of the timber, the present work proposes to release degrees of freedom using slotted holes in steel plates in bolted timber-steel connections. Due to the lack of studies on bolted cover plate with slotted holes, a large part of this work proposes to analyze the behavior of such connections based an experimental study using full field measurement technique. The first part of the present work allows to better understanding the behavior of bolted cover plate with slotted holes using load-displacement curves, failure modes and strain analyses obtained with Digital Image Correlation (DIC) technique. This analysis highlights the presence of two types of behaviors. The first one is mostly due to the bending of the end distance area whereas the second is due to bearing. Thereafter, an analytical model predicting the initial stiffness of such connections is proposed. This model is based on numerical and experimental results obtained by DIC. In the last part of the study, an experimental campaign is dedicated to the evaluation of the effect of the presence of slotted holes in steel plate of bolted timber-steel connection under bending moment. The result of the study shows that using slotted holes has no negative impact on the short-time behavior of bolted timber steel connections and, in certain circumstance, an increase of the resistance is observed.
De nos jours, la construction mixte est en plein essor pour des raisons architecturales et environnementales. Dans ce contexte, les structures mixtes bois-métal sont de plus en plus utilisées car elles permettent d'allier légèreté et élancement des structures. Cependant, l'alliance d'un matériau sensible à l'environnement -le bois, et d'un autre peu déformable - le métal, pose des problèmes de fissuration dans les assemblages. En effet, un nombre important d'assembleurs entraine des blocages limitant la libre déformation du bois par retrait/gonflement. Pour limiter l'impact de ces blocages, l'emploi de trous oblongs dans les platines métalliques des assemblages bois-métal est une solution qui est envisagée dans ces travaux. Face au manque de documentation sur les couvre-joints avec trou oblong, un ensemble d'analyses reposant sur des études expérimentales a été mené en utilisant la corrélation d'images numériques. Une première partie de l'étude a permis de mieux comprendre le comportement des assemblages en étudiant les déformations à la surface des éprouvettes. Cette analyse a montré que deux modes de ruines sont possibles dans la pince longitudinale : un par flexion et l’autre par pression diamétrale. Par la suite, un modèle analytique permettant de prédire la raideur initiale des trous oblongs sur la base d'un modèle numérique et d’essais en laboratoire a été proposé. Enfin, la dernière partie de la thèse est consacrée à évaluer l'impact de la présence des trous oblongs dans des assemblages bois-métal soumis à un moment fléchissant sur la base d'une campagne expérimentale. Les résultats de cette étude ont montré que l'emploi des trous oblongs ne perturbe pas le comportement des assemblages bois-métal boulonnés soumis à un moment fléchissant et permet, dans certaines conditions, d'augmenter leur résistance.
Origine : Version validée par le jury (STAR)