Colonnes elliptiques en béton armé confinées à l’aide de composites en PRF : simulations par éléments finis et études paramétriques

Résumé

Ce mémoire présente les travaux de recherche mettant en évidence les mécanismes de confinement des colonnes en béton renforcées par un chemisage en PRF et contribue à approfondir les connaissances relatives à cette technique performante de renforcement structurel. Cette méthode fait aujourd’hui partie intégrante des codes de conceptions nord-américains et européens. Néanmoins, la complexité de ce système se traduit dans ces codes par des limitations parfois exigeantes, et d’autres fois moins conservatrices, voire peu sécuritaires. Le principe général du confinement est similaire à celui en armature transversale tel qu’exposé dans le modèle unifié de Mander et al. (1988). Des modèles expérimentaux ou semi-théoriques comme ceux Teng et Lam (2002) et Chaallal et al. (2003), on déduit que le comportement de ces colonnes dépend des principaux paramètres suivant : (1) la forme géométrique de la colonne ayant un impact sur l’uniformité du confinement tel qu’explicité par les études de Hassan et Chaallal (2007) et de Liu et al. (2023), (2) le nombre de couches de PRF, sa rigidité et sa résistance à la traction qui dictent le niveau de confinement de la colonne et sa ductilité comme précisé par les études de Benzeguir et al. (2024) et de Gahmousse et al. (2021), et (3) le comportement élasto-plastique du béton et sa résistance à la compression. Teng et Lam (2002) et Zeng et al. (2021) ont démontré que l’ovalisation est une solution efficace pour le renforcement de colonnes confinées sujettes à divers types de chargements. Ce système de colonnes elliptiques confinées en PRF fut méticuleusement formulé à l’aide de la Méthode des Éléments Finis de Galerkin pour une représentation fidèle de leur comportement face à un chargement en compression axiale. La formulation choisie suppose de faibles déformations et rotations et une non-linéarité provenant uniquement du matériau béton. La plasticité du béton à été définie à l’aide du critère de Drucker-Prager. Les résultats obtenus des simulations numériques valident les constats expérimentaux des divers travaux dans la littérature et conduisent à l’élaboration d’un modèle analytique précis représentant fidèlement l’impact de ces paramètres à travers un modèle de bielles et tirants radiaux. Il en ressort que la variation de la courbure de la surface de contact béton-PRF, la résistance en compression du béton, ainsi que la rigidité pourvue par le confinement à travers les caractéristiques intrinsèques du PRF et nombre de plis font parties intégrantes des équations qui prédisent les contraintes de confinement et la capacité portante de la structure avec un écart relatif de moins de 10% par rapport aux résultats expérimentaux. Des pistes d’améliorations notamment relativement aux modèles des codes de conceptions ont aussi été proposées.

Date	8 déc. 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Omar Chaallal (Directeur(-trice))