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Évaluation du comportement en fatigue des poutres en béton armé renforcées à l'effort tranchant à l'aide de polymères renforcés de fibres

El-Saikaly, Georges (2015). Évaluation du comportement en fatigue des poutres en béton armé renforcées à l'effort tranchant à l'aide de polymères renforcés de fibres. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le risque d’effondrement des poutres des ponts en béton armé (BA) sous chargement cyclique à long terme (fatigue) constitue un des problèmes majeurs auxquels fait face le patrimoine d’infrastructures des pays industrialisés dont le Canada. En Amérique du nord, le tiers des ponts sont identifiés comme étant déficients. Cependant les coûts élevés associés à l’entretien et à la mise en état de ces structures imposantes et importantes, les augmentations progressives et significatives des exigences des charges mobiles, et les inconvénients associés aux méthodes conventionnelles de renforcement posent des défis techniques et socio-économiques significatifs. Ceci a ouvert la porte au développement de nouvelles méthodes de réhabilitation plus efficaces, faciles à mettre en oeuvre et durables. La technologie du renforcement à l’aide de polymères renforcés de fibres (PRF) est désormais établie comme étant une technique de réhabilitation structurale efficace et économiquement viable. Le renforcement des poutres en BA à l’aide de PRF sous charges statiques est bien documenté et plusieurs guides, normes et codes internationaux lui sont désormais dédiés. Ceci contraste avec le comportement des poutres renforcées sous charges cycliques, et plus particulièrement pour le renforcement à l’effort tranchant. Ceci s’explique par le fait que le comportement en fatigue est complexe en raison de la contribution de plusieurs paramètres d’influence majeure. On peut citer les conditions de chargement cyclique (amplitude, fréquence et nombre de cycles de contraintes), le caractère répétitif des charges cycliques qui peut accélérer l’endommagement de la structure dû à la dégradation accumulée par fatigue, ainsi que les problèmes de rupture prématurée en cisaillement.

L’objectif de la présente recherche doctorale est de contribuer à combler ces lacunes et à mieux comprendre le comportement en fatigue des poutres en BA renforcées à l’aide de PRF. L’étude comprend des investigations théoriques et expérimentales. Le volet théorique vise à synthétiser l’état des connaissances consacrées à ce sujet. Le volet expérimental consiste à effectuer des essais exhaustifs sur des poutres en grandeur nature de section en Té en BA renforcées à l’effort tranchant à l’aide de PRF collés en surface. Les spécimens sont soumis à des charges cycliques jusqu’à 6 millions de cycles à une fréquence de 3 Hz. Ceux qui n’ont pas subi la rupture par fatigue sont ensuite testés sous charges statiques pour évaluer leur capacité résiduelle. Une comparaison avec les limites en fatigue recommandées par les normes et guides de conception est établie. Les résultats ont démontré l’efficacité des techniques de renforcement mises à l’essai, produisant ainsi des résultats probants qui peuvent s’avérer très utiles pour le renforcement des ponts en béton et pour l’industrie de la construction en général. Ces recherches ont fourni des conclusions concrètes, et ce grâce à la pertinence des variables examinées telles que l’amplitude de chargement cyclique, le système de renforcement en PRF et le taux des armatures d’acier transversales.

Titre traduit

Assessment of fatigue behavior for reinforced concrete beams strengthened in shear with fiber reinforced polymer composites

Résumé anglais

The risk of collapse of reinforced concrete (RC) bridge girders under long-term cyclic loading (fatigue) is one of the major problems facing the existing infrastructure in modern world including Canada. In North America, one third of bridges are classified as structurally deficient or functionally obsolete. However, the authorities are faced with major economic and technical challenges due to high costs associated with the maintenance and retrofit of these important structures, the continuous increase in service loads and traffic volumes, and the major drawbacks associated to conventional strengthening methods. This highlights the need to develop innovative rehabilitation methods that are more effective, easy to implement, and viable. The use of fiber reinforced polymers (FRP) has attracted enormous interest and is now established as a structurally efficient and cost-effective strengthening technology. Strengthening RC beams with FRP under static loading is well documented and design guides are provided in many international standards and codes. In contrast, studies on the behavior of beams strengthened with FRP under cyclic loads are relatively few, especially with regard to shear strengthening. This is attributed to the fact that fatigue behavior is a complex issue due to the contribution of many variables, such as cyclic loading conditions (load range, frequency and number of applied cycles), the repetitive nature of cyclic loads that may increase the rate of damage due to cumulative fatigue degradation of the structure, as well as the premature shear failure problems.

The objective of this doctoral research is to contribute to bridge these gaps and better understand the fatigue behavior of RC beams strengthened with FRP. The study includes theoretical and experimental investigations. The theoretical part aims to synthesize the stateof-the-art devoted to this subject. The experimental part involves exhaustive tests on fullscale RC T-section beams strengthened in shear with externally bonded (EB) FRP. The specimens are subjected to fatigue loading up to 6 million load cycles at a rate of 3 Hz. The specimens that did not fail in fatigue are then tested under static loading up to failure to evaluate their residual capacity. A comparison with the fatigue limits specified by standards and design guidelines is established. The test results demonstrated the effectiveness of the implemented shear strengthening techniques with EB FRP, thus producing significant results that might be useful for the strengthening of concrete bridges and for the construction industry in general. This undertaking has provided important conclusions, particularly due to the relevance of the examined variables such as the cyclic loading range, the FRP strengthening system, and ratio of the transverse steel internal reinforcement.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliographie : pages 253-266.
Mots-clés libres: Béton renforcé de fibres Fatigue. Matières plastiques renforcées avec des fibres. Poutres en béton armé Essais. Ponts Entretien et réparations. renforcement à l’effort tranchant, chargement cyclique de fatigue
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Chaallal, Omar
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 29 sept. 2015 20:41
Dernière modification: 29 sept. 2015 20:41
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1515

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