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

4

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

6

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

7

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)

8

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

9

Maillage transfert thermique

Maillage comportement

thermomécanique

Assemblages bois – Modélisation

Au feu

10

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

11

Mesurées (t=20 min) Calculées

Assemblages bois – Modélisation

Températures des organes d'assemblages

12

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

13

Flexion

Assemblages bois – Modélisation

Traction 90°

14

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

17

%87.7

~

,

,

simfi

fisimfi

t

tt

Assemblages bois – Dimensionnement formule simplifiée

18

Assemblages brochés et boulonnés

19

Modélisation du comportement au feu des

CLT

20

Plancher CLT après un essai au feu

21

Modélisation du transfert thermique d'un

plancher CLT

Epaisseur 5 x 20 = 100 mm - Calcul avec délamination

22

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

23

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

24

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)

25

Comparaison des température mesurées et calculées à

l'interface entre les différentes couches

Modélisation du transfert thermique d'un

plancher CLT

26

Modélisation du transfert thermique d'un

plancher CLT

Comparaison des flèches mesurées et calculées à mi-portée

d'un plancher de 4,6 m.

27

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

28

Merci de votre attention