Development and assessment of inter-modular connection concepts for steel modular building structures

Les bâtiments modulaires sont des structures préfabriquées hors site dont les unités sont transportées et assemblées sur place. Ce type de construction devient de plus en plus populaire en raison des avantages significatifs qu’il présente par rapport aux systèmes traditionnels en termes de rapidité de construction, de qualité et d’impact sur l’environnement. Dans ce type de construction, les unités tridimensionnelles transportables appelées “modules” sont reliées par des connecteurs mécaniques appelés “connexions intermodulaires” (CI). Les CIs sont des éléments clés qui influencent la vitesse de construction et la performance structurelle des bâtiments modulaires. Les recherches les plus récentes mettent en évidence la simplicité, la fonctionnalité et la robustesse comme étant les trois principales exigences d’un CI efficace. Dans les récentes propositions de CI, de longs boulons, des tiges ou des câbles précontraints, des assemblages autobloquants et des assemblages injectés sont généralement utilisés pour limiter le soulèvement et assurer la connectivité verticale entre les modules empilés. Les mécanismes de limitation du soulèvement dans les CIs actuels bloquent également le glissement horizontal des modules construits avec des tolérances (jeux) en appliquant des forces de serrage. La mise en oeuvre du mécanisme de limitation du soulèvement implique un temps d’installation et une main-d’oeuvre considérable en chantier et nécessite des trous d’accès dans les éléments structuraux et non structuraux. Cette étude présente d’abord un nouvel CI dit “de base”. Ce CI sans mécanisme d’empêchement du soulèvement dans le but d’augmenter la vitesse de construction des modules en acier résistant aux charges gravitaires . Ensuite, deux versions améliorées de CI dits “améliorés” sont également proposés. Dans ces versions améliorées, le glissement horizontal potentiel est atténué/bloqué par l’injection d’un coulis cimentaire expansif dans les assemblages. Des essais expérimentaux, des simulations numériques et des modèles analytiques sont proposés à l’échelle du matériau, à l’échelle de l’assemblage, et à l’échelle de la structure globale. Les résultats expérimentaux au niveau du matériau confirment que le coulis proposé est fluide, sans retrait, et qu’il a une résistance suffisante pour être utilisé dans les CI proposés. Les essais expérimentaux, les simulations numériques et les modèles analytiques au niveau des assemblages ont permis une compréhension approfondie de leur comportement structurel. Enfin, les résultats des analyses non linéaires de type “pushover” effectuées sur des modèles non linéaires sophistiqués d’une structure de bâtiment modulaire de 12 étages avec des murs de refends en béton armé n’ont révélé aucun soulèvement dans les composantes verticales des CI. D’autres analyses ont confirmé la faisabilité de l’utilisation des nouvelles connexions injectées de coulis pour empêcher le glissement des étages supérieurs lorsque les charges gravitaires dans les connexions inter-modulaires ne génèrent pas un frottement suffisant pour résister au glissement horizontal. Une approche de construction combinant l’utilisation de deux types de connexions de base et améliorée permet de gagner du temps et d’économiser des ressources pendant la construction.Abstract: Modular buildings are off-site prefabricated structures whose units are transported and assembled on-site. This type of construction is becoming increasingly popular due to its significant advantages over traditional systems in terms of construction speed, quality, and environmental impact. In this type of construction, transportable three-dimensional units called “modules” are connected using mechanical connectors known as “inter-modular connections”. Inter-modular connections are key elements that influence the speed of construction and the structural performance of modular buildings. The latest research highlights simplicity, functionality, and robustness as the three main requirements of an effective inter-modular connection. In the recent inter-modular proposals, long bolts, prestressed rods or cables, self-locking connections, and grouted connections are typically used to constrain the uplift and ensure vertical connectivity between stacked modules. The uplift-constraining mechanisms in current inter-modular connections also block the horizontal sliding of modules constructed with tolerances by producing the clamping forces. The implementation of the uplift-constraining mechanism involves significant on-site installation time and labor, necessitating the access holes in structural and non-structural elements. This study first presents an effective new “basic” inter-modular connection, without an uplift-constraining mechanism, to increase the speed of construction in gravityforce-resisting steel modules. Following that, two improved forms of the so-called “basic” connections are also proposed, where potential horizontal slippage is mitigated/blocked by injecting expansive cementitious grout into the connections. Experimental tests, numerical simulations, and analytical models are proposed at the material, modular joint, and global structural levels. The experimental results at the material level confirm that the proposed grout is fluid, non-shrink, and has sufficient strength to be used in the proposed connections. Experimental tests, numerical simulations, and analytical models at the level of modular joints enabled a profound understanding of their structural behaviors. Finally, the results of nonlinear “pushover” analyses carried out on sophisticated nonlinear models of a 12-story modular building structure with reinforced concrete shear walls revealed no uplift in the vertical components of the connections. Further analyses have confirmed the feasibility of utilizing the new grout-injected connections to prevent the sliding of upper floors where gravitational loads in the inter-modular connections do not generate adequate friction to resist the horizontal slip. A construction approach with a combined use of two types of basic and grouted connections saves time and resources during construction

Characterization of silver doped In

Silver doped Indium sulphide thin films with different [Ag/In] molar ratio concentrations (0, 0.9, 1.0, 1.1) were deposited on glass substrates using chemical bath deposition method. The structural, morphological, optical and electrical properties are characterized using XRD, EDAX, SEM, AFM, spectrophotometer and Hall measurement system, respectively. Kramers-Kronig method was used to obtain optical constants of the films. It is found that Ag can change physical properties of Indium sulfide thin films, depending on the Ag concentration. XRD results show the incorporation of Ag concentration did not change the structure of In2S3. Doped films had rough surfaces. As the [Ag/In] molar ratio increased, conductivity increases and optical direct band gap energy decreases from 2.75 to 2.38 eV