Innovative joint solutions for modular steel constructions (en ce compris une introduction à la méthodologie de la recherche)

Abstract

This master’s thesis investigates innovative inter-module connections for modular steel con struction within the MOMS-2 project developed in collaboration with Degotte. The objective is to develop a demountable connection meeting the structural, industrial and constructability requirements of modular buildings. A review and classification of existing inter-module connections was conducted. Based on a multi-criteria assessment considering structural performance, constructability, industrialisa tion and reusability, a post-tensioned connection was selected and adapted for the application. The mechanical behaviour of the proposed connection was investigated through advanced finite element simulations performed with Abaqus. The connection was studied under pure shear, pure bending, combined bending and axial force (M–N interaction), as well as in coupled configurations involving adjacent modules. Simplified analytical models based on Eurocode principles were developed to predict connection stiffness and resistance. The results demonstrate a ductile behaviour. Under shear loading, load transfer is primarily ensured by friction, whereas flexural resistance is governed by end-plate yielding. The interaction between adjacent modules increases global shear stiffness and improves component utilisation. In bending, the intermediate coupling plate induces significant force redistribu tion, although the overall resistance remains governed by the end plates. Compressive axial forces further enhance flexural resistance through interaction effects. Analytical predictions showed good agreement with numerical simulations, demonstrating that conventional Eurocode-based approaches can be successfully adapted to modular inter module connections. The proposed formulations provide practical tools for estimating con nection stiffness and resistance. This work contributes to the development of rational design methodologies and improves the understanding of the mechanisms governing modular steel inter-module connections, representing a first step towards their standardisation within European design codes.

Ce travail de fin d’études porte sur l’étude de connexions inter-modules innovantes pour la construction modulaire en acier dans le cadre du projet MOMS-2 développé en collaboration avec Degotte. L’objectif est de développer une connexion démontable répondant aux exigences structurelles, industrielles et de constructibilité des bâtiments modulaires. Une revue et une classification des connexions inter-modules existantes ont été réalisées. Sur la base d’une évaluation multicritère intégrant les performances structurelles, la constructibilité, l’industrialisation et la réutilisabilité, une connexion post-contrainte a été sélectionnée et adaptée à l’application visée. Le comportement mécanique de la connexion proposée a été étudié au moyen de simulations avancées par éléments finis réalisées avec Abaqus. La connexion a été analysée sous cisaille ment pur, flexion pure, combinaison de flexion et d’effort axial (interaction M–N), ainsi que dans des configurations couplées de modules adjacents. Des modèles analytiques simplifiés fondés sur les principes des Eurocodes ont été développés afin de prédire la rigidité et la résistance de la connexion. Les résultats mettent en évidence un comportement ductile. Sous chargement de cisaillement, le transfert des efforts est principalement assuré par frottement, tandis que la résistance en flexion est gouvernée par la plastification des plats d’extrémité. L’interaction entre modules adjacents augmente la rigidité globale en cisaillement et améliore la mobilisation des compo sants. En flexion, la plaque de couplage intermédiaire induit une redistribution significative des efforts, bien que la résistance globale demeure gouvernée par les plats d’extrémité. Les efforts axiaux de compression augmentent également la résistance en flexion grâce à des effets d’interaction favorables. Les prédictions analytiques présentent un bon accord avec les simulations numériques, dé montrant que les approches conventionnelles fondées sur les Eurocodes peuvent être adaptées avec succès aux connexions inter-modules. Les formulations proposées constituent des outils pratiques d’estimation de la rigidité et de la résistance des connexions. Ce travail contribue au développement de méthodologies de dimensionnement rationnelles et améliore la compréhension des mécanismes gouvernant les connexions inter-modules en acier, constituant une première étape vers leur standardisation au sein des normes européennes de dimensionnement.