Performance au feu des vis auto-taraudeuses dans les bâtiments en bois de grande hauteur

Autor: Létourneau-Gagnon, Mathieu
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Druh dokumentu: Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise
Popis: Les bâtiments et les matériaux de construction doivent avoir un degré de résistance au feu suffisant pour prévenir l'effondrement prématuré de la structure et fournir des moyens sécuritaires d'évacuation des occupants tels qu'exigés dans le Code National du bâtiment au Canada. Jusqu'à maintenant, l'Annexe B de la norme CSA O86 « Règles de calcul des charpentes en bois » fournit une méthode de calculs afin de déterminer la résistance au feu des éléments structuraux en bois massif. Toutefois, cette méthode ne considère pas l'effet du temps, le mode de rupture et l'interaction entre les différents matériaux en situation incendie. Ce projet de recherche étudie la performance au feu des assemblages utilisant des vis auto-taraudeuses pour les constructions massives en bois au Canada. Dans un premier temps, des essais expérimentaux combinés à des résultats d'articles scientifiques fourniront une représentation du comportement mécanique d'assemblages vissés utilisés dans la construction massive en bois. Dans un second lieu, ces données expérimentales viendront valider un modèle thermique par la méthode des éléments finis prédisant le transfert thermique en situation incendie. Puis, les résultats expérimentaux pourront être comparés avec les valeurs caractéristiques prédites par calculs selon la méthode de conception de la norme la norme CSA O86 « Règles de calcul des charpentes en bois » utilisée au Canada. Les résultats présentent la grande performance de feu de l'utilisation de vis auto-taraudeuses utilisées dans les assemblages en bois lamellé-collé sous longue durée d'exposition. Étant généralement de plus petit diamètre et plus élancées que les boulons et les goujons, les vis auto-taraudeuses limitent la conduction thermique le long de la section transversale et maintiennent la température le long de l'attache relativement faible. Principalement influencée par la réduction de la résistance du bois à des températures élevées, l'étude présente de nouveaux principes de conception pour prédire les profils de température le long de l'attache non protégée avec l'influence de la zone chauffée thermiquement du bois afin de déterminer la longueur de pénétration résiduelle qui fournira la résistance résultante. Lors du maintien d'une capacité structurale adéquate des fibres du bois, la capacité des vis auto-taraudeuses a été peu influencée par une augmentation de la durée d'exposition. La méthode de conception présentée ici permet de calculer la résistance résiduelle des vis auto-taraudeuses non protégées exposées au feu jusqu'à deux heures.
Buildings and building materials are required to provide sufficient fire-resistance to prevent collapse and safe means of evacuation to the occupants based on requirements set forth in the National Building Code of Canada. Annex B of the Canadian standard for wood engineering design provides a design methodology to calculate structural fire-resistance of large cross-section timber elements. However, it does not address failure modes, interactions between materials and reduced capacities under fire. This project addresses the connection design using self-tapping screw in mass timber construction in Canada. First, a test program combined with several researcher results were carried out to provide a good representation of the mechanical behavior of screw connections commonly used in mass timber construction. Secondly, the test results are used to validate a three-dimensional transient heat transfer model using the finite element method and to predict the heat transfer when exposed under fire conditions. Then, the test results were compared with the predicted characteristic and average withdrawal resistance values according to the design methodology in the Canadian standard for wood engineering design used in Canada. The results present the great fire performance of using self-tapping screws under long time exposure on connections in mass timber construction. The smaller heated behavior has limited thermal conduction along the cross-section area and maintained the temperature profiles relatively low along the self-tapping screw shanks for long fire exposures. Based on the heat affected area, the study presents new design principles to determine the residual length of penetration that would provide adequate load-capacity of the fastener under fire conditions. When maintaining adequate structural capacity of the surrounding wood fibers, the capacity of the self-tapping screw was not influenced with an increase of exposure duration. The design method presented herein allows calculating the residual capacity of unprotected STS exposed to fire up to 2-hours.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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