Évaluation des performances de protections passives au feu pour les structures métalliques - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2023

Evaluation of fire passive protection performance for metal structures

Évaluation des performances de protections passives au feu pour les structures métalliques

Manh-Hung Nguyen
  • Function : Author
  • PersonId : 1349850
  • IdRef : 275589110

Abstract

Steel-timber hybrid structures are becoming more and more common in the construction industry. They offer high practical advantages as sustainable solutions with high load-bearing capacities and fire resistance. However, due to steel thermal conductivity and the decrease of mechanical performance with high temperatures, steel structures need to be protected in case of fire. Wood is occasionally used as passive protection of steel to maintain its mechanical strength as long as possible with the aim to prevent structural collapse under fire. This thesis aims to analyse the thermal behaviour of hybrid steel-timber elements through experimental tests and numerical modelling. Experiments in the furnace are performed to obtain the evolution of temperature on the steel profile surfaces and inside the timber element. Thus, thermocouples are installed on the steel profile surface and different depths of timber elements. The fire tests were performed on various steel-timber combinations using T and I steel cross-sections with various wood species. A high-temperature furnace up to 1200 °C built in the laboratory was used. The results show that wood provides significant protection to the steel cross-section mainly the fully encapsulated IPE profile. Wood behaves as an insulating material that significantly reduces the temperature rise in steel. This solution contributes to the development of passive protection of steel structures using bio-based materials. The experimental results are compared to those obtained through thermal simulations using Abaqus software. The comparison shows that the numerical model can be used to evaluate the temperature increase in the steel element protected by timber in high-temperature conditions.
Les structures hybrides acier-bois sont de plus en plus utilisées dans le secteur de la construction. Elles offrent plusieurs avantages pratiques en tant que solutions durables avec des capacités de charge et des résistances au feu élevées. Cependant, en raison de la conductivité thermique de l'acier et de la diminution de ses performances mécaniques à haute température, les structures en acier doivent être protégées contre le feu. Le bois, bien que combustible, a un effet isolant et peut être utilisé comme protection passive de l'acier en vue de maintenir sa résistance mécanique aussi longtemps que possible. Les travaux menés dans le cadre de la thèse visent à analyser le comportement thermique d'éléments hybrides acier-bois en combinant essais d’exposition au feu et modélisation numérique. Les essais sont réalisés dans un four construit au laboratoire permettant de monter à une température de 1200 °C. Ils permettent d’obtenir l'évolution de la température sur les surfaces des profilés en acier et dans le bois. Ainsi, des thermocouples sont installés sur la surface des profilés en acier et à différentes profondeurs dans les éléments en bois. Les essais au feu ont été réalisés sur différentes associations acier-bois en utilisant des sections en acier (T et I) et différentes essences de bois. Les résultats montrent que le bois offre une protection significative à la section en acier, principalement au profilé IPE entièrement encapsulé. Le bois se comporte comme un matériau isolant qui réduit de manière significative l'augmentation de température de l'acier. Cette solution contribue au développement de la protection passive des structures en acier en utilisant des matériaux biosourcés. Les résultats expérimentaux sont comparés à ceux obtenus par des simulations thermiques à l'aide du logiciel Abaqus. La comparaison montre que le modèle numérique peut être utilisé pour évaluer l'augmentation de température dans l'élément en acier protégé par du bois dans des conditions de haute température.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-04448397 , version 1 (09-02-2024)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04448397 , version 1

Cite

Manh-Hung Nguyen. Évaluation des performances de protections passives au feu pour les structures métalliques. Génie civil. Université Clermont Auvergne, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UCFA0046⟩. ⟨tel-04448397⟩
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