Flexural and torsional behaviour of multi-materials structures and lateral buckling instability : application to hybride structures composite-wood and steel-wood
Comportement en flexion et torsion des structures multi-matériaux et instabilité de déversement : application aux structures Composites - Bois et Acier - Bois
Résumé
In construction, multi-material structures can be a very efficient solution from a mechanical point of view. However, innovative materials with very good mechanical performance, such as glass-fiber pultruded open sections (GFRP), are subject to structural instabilities such as lateral buckling. This study examines the short-term bending behavior of steel-wood and wood-composite hybrid beams up to failure. Several configurations were studied with a bolted connection. The test results showed a remarkable gain in load-bearing capacity provided by the ungraded wood beams, due to the delay in the tilting of the profiles (GFRP or steel). Numerical simulations of the failure behavior of these beams by volume finite elements were carried out, introducing the geometrical non-linearity of these beams. A very good prediction of the failure load by lateral buckling is obtained with small differences (about 4%). Larger differences can be found on the deflections (of the order of 20%) due to the variability and heterogeneity of the wood, not taken into account in the model. A parametric study showed the influence of wood properties or bolt arrangement on the behavior of hybrid beams. This study opens the way to a new hybridization of building materials in order to optimize their use in the construction sector.
Dans la construction, les structures multi-matériaux peuvent être une solution très efficace sur le plan mécanique. Cependant, des matériaux innovants avec une très bonne performance mécanique comme les profilés ouverts pultrudés en fibre de verres (GFRP), sont sujets aux instabilités structurelles comme le déversement. Cette étude examine le comportement en flexion à court terme et jusqu'à rupture, des poutres hybrides acier-bois et composite-bois. Plusieurs configurations ont été étudiées avec une connexion par boulonnage. Les résultats des essais ont montré un gain remarquable de capacité portante apporté par les poutres en bois non classé, par retard de déversement des profilés (GFRP ou acier). Des simulations numériques de comportement à la ruine de ces poutres par éléments finis volumiques ont été effectuées, en introduisant la non linéarité géométrique de ces poutres. Une très bonne prédiction de la charge de ruine par déversement sont obtenue avec des écarts faibles (de l'ordre de 4%). Des différences plus importantes peuvent être relevées sur les flèches (de l'ordre de 20%) du fait de la variabilité et l'hétérogénéité du bois non pris en compte dans le modèle. Une étude paramétrique a montré l'influence des propriétés du bois ou de la disposition des boulons sur le comportement des poutres hybrides. Cette étude ouvre la voie à une nouvelle hybridation des matériaux de construction afin d'optimiser leur utilisation dans le secteur de la construction.
Domaines
Matériaux
Origine : Version validée par le jury (STAR)