Comportement des poutres en béton armé renforcées à l’effort tranchant à l’aide de matériaux composites : Effet d’échelle

Benzeguir, Zine El Abidine (2021). Comportement des poutres en béton armé renforcées à l’effort tranchant à l’aide de matériaux composites : Effet d’échelle. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les ponts en béton sont dans un état de dégradation avancé à cause de leur âge, les conditions environnementales sévères et l’augmentation des charges de service réglementaires. Le remplacement de ces structures imposantes nécessite des sommes colossales et une logistique incontournable. Compte tenu de ces conditions, dignes d’un chantier pharaonique, le renforcement de ces structures représente la solution parfaite pour prolonger leur durée de vie. L’utilisation des matériaux composites en polymères renforcés de fibres (PRF) est désormais l’une des techniques de renforcement éprouvée. Les avantages que procure cette technique font d’elle une meilleure alternative comparée au renforcement conventionnel avec de l’acier externe. Le comportement des poutres en béton armé (BA) à l’effort tranchant dépend de plusieurs mécanismes et paramètres complexes et interreliés dont, entre autres, l’effet d’échelle. Ce dernier a pour effet de réduire la contrainte de cisaillement à la rupture lorsque la taille des spécimens augmente. Il surgit au cours de la propagation des fissures dans le béton, régie par la mécanique de la rupture. Ce phénomène a été confirmé par plusieurs études expérimentales sur les poutres en BA conventionnel. Cependant, très peu d’études ont été consacrées aux poutres en BA renforcées au cisaillement à l’aide de PRF collé en surface. L’objectif principal de cette étude doctorale est de caractériser en profondeur, théoriquement et expérimentalement, l’influence de l’effet d’échelle dans les poutres en BA renforcées à l’aide de composites en PRF. L’évaluation de la fiabilité des modèles des normes et codes en vigueur est un autre objectif visé dans la présente recherche. La partie expérimentale consiste à mener deux programmes expérimentaux sur différentes tailles de poutres en BA de section en Té grandeur nature renforcées en cisaillement à l’aide de PRF collés en surface en considérant plusieurs paramètres d’études. La revue de la littérature et documentaire exhaustive a permis l’élaboration d’une base de données regroupant plus de 470 tests sur l’effet d’échelle en cisaillement, tous types de poutres en BA confondus. La base de données a révélé entre autres que seulement 6% des données sont associées aux poutres renforcées à l’aide de PRF. L’évaluation de la prédiction de la résistance a démontré que les normes en vigueur surestiment la résistance au cisaillement attribuée au PRF collé en surface pour un nombre considérable de spécimens. Les résultats expérimentaux ont révélé l’existence d’un effet d’échelle additionnel attribué au renfort en PRF. Cet effet tend à réduire aussi la ductilité des spécimens sans acier transversal. Ils ont également révélé une interaction entre l’acier transversal interne et le PRF externe ayant pour effet de réduire le gain en résistance dû au PRF. Par ailleurs, des paramètres d’influence majeure sur l’effet d’échelle ont été identifiés. Ces paramètres nécessitent de futures investigations d’envergure au moyen de programmes de recherches élaborés.

Titre traduit

Behaviour of reinforced concrete beams strengthened in shear with composite materials : size effect

Résumé traduit

Concrete bridges are in an advanced state of deterioration due to their age, the severe environmental conditions and the increasing service loads during the last centuries. Replacement of these imposing structures requires large amounts of money and inevitable logistics. Given these conditions, worthy of a pharaonic construction site, strengthening of these structures represents the perfect solution to extend their service life. The use of fibrereinforced polymer (FRP) composite materials is now one of the proven strengthening techniques. The advantages of this technique make it a better alternative compared to conventional strengthening with external steel plates. The behavior of reinforced concrete (RC) beams in shear depends on several complex and inter-related mechanisms and parameters including, amongst others, the size effect. The latter reduces the shear stress at failure as the size of the specimen’s increases. It occurs during the propagation of cracks in concrete and is governed by the fracture mechanics. The size effect phenomenon has been confirmed by several experimental studies on conventional RC beams. However, few studies have been devoted to shear-strengthened RC beams using externally-bonded FRP (EB-FRP). The main objective of this Ph.D. research study is to identify, theoretically and experimentally, the influence of size effect in RC beams strengthened in shear with EB-FRP. Another objective of this research is to evaluate the accuracy of the models of existing standards and codes. The experimental part of this study consists of carrying out two experimental programs on full-size T-beams of different depths strengthened in shear with EB-FRP including several study parameters. The exhaustive literature review allowed the development of database encompassing more than 470 test specimens on the size effect in shear of all types of RC beams. This database revealed, among other things, that the specimens devoted to FRP strengthening beams represent only 6%. The comparison of prediction model showed that current standards overestimate the shear strength attributed to EB-FRP in a significant number of specimens. Experimental results revealed the existence of an additional size effect attributed to EB-CFRP strengthening. This size effect also reduced the ductility of the specimens without transverse steel. In addition, the results revealed an interaction between the internal transverse steel and the externally bonded FRP, which reduces the resistance gain due to FRP. Major parameters influencing the size effect were identified in this research. These parameters require further investigations through extensive research programs.

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". Comprend des références bibliographiques (pages 191-203).
Mots-clés libres:	poutre, béton armé, cisaillement, effet d’échelle, renforcement, polymère renforcé de fibres (PRF)
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Chaallal, Omar
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	01 avr. 2022 17:43
Dernière modification:	01 avr. 2022 17:43
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2942

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