Shear strengthening of reinforced concrete beams with externally bonded FRP composites: finite element modeling and parametric study

Résumé

La défaillance en cisaillement dans les poutres en béton armé (BA) a toujours été une préoccupation majeure pour les ingénieurs, en particulier dans les poutres profondes telles que les poutres en BA. Néanmoins, l'utilisation de composites en polymère renforcé de fibres (PRF) permet d'éviter ce type de défaillance. L'utilisation de composites PRF collés en surface (EB) pour le renforcement par cisaillement des poutres en BA exige une connaissance et une expérience suffisantes, compte tenu de la défaillance prématurée de la liaison, du comportement complexe de la couche d'interface entre les composites PRF et le substrat en béton, ainsi que de la mécanique de la rupture du béton non homogène. De nombreuses expériences ont été menées pour évaluer les contributions au cisaillement des EB-PRF pour le renforcement en cisaillement, même si les essais en laboratoire sont longs et coûteux. Cependant, en développant des modèles numériques et en obtenant des résultats de haute précision validés par les essais expérimentaux, les logiciels d'analyse par éléments finis sont devenus une alternative valable aux essais expérimentaux. D'autre part, les modèles analytiques proposés dans les guides de conception existants ne sont pas compatibles avec les résultats obtenus à partir des essais expérimentaux, car de nombreux paramètres ne sont pas pris en compte dans ces modèles. Par exemple, l'interaction inverse entre les EB-PRF et les étriers en acier, l'effet d'échelle, les contraintes d'adhérence en cisaillement à l'interface entre le béton et les EB-PRF et entre les étriers en acier et le béton, les angles des fissures de cisaillement variant en fonction des renforts de cisaillement internes et externes, ainsi que la distribution des fissures de cisaillement conduisant à un décollement prématuré. L'objectif de cette recherche est d'obtenir une compréhension approfondie de la charge maximale transférée par la couche d'interface et, par conséquent, de la charge ultime supportée par les poutres en BA renforcées en cisaillement avec des composites EB-PRF grâce à des approches analytiques et par éléments finis (FE). Les résultats obtenus à partir des méthodes susmentionnées seront validés avec des données expérimentales antérieures. Enfin, de nouvelles relations mathématiques seront proposées en tenant compte de tous les paramètres contribuant au renforcement par cisaillement des poutres en BA avec EB-PRF et au comportement de la couche d'interface. Pour cette raison, dans la première phase de cette recherche, une revue de la littérature est effectuée sur les recherches numériques précédentes pour évaluer leurs lacunes et leurs mérites dans la simulation des poutres susmentionnées. Cela nous permettra de mieux comprendre les hypothèses mises en œuvre dans ces études de recherche ainsi que le type d'analyse (statique ou dynamique). Une simulation numérique est menée dans la deuxième phase de cette étude pour incorporer les paramètres ayant des influences essentielles sur les contributions au cisaillement des EBPRF à la résistance ultime au cisaillement des poutres en BA renforcées à l'aide des EB-PRF. Ces paramètres comprennent l'effet d'échelle et l'interaction inverse entre les EB-PRF et les étriers en acier. Tous les résultats obtenus à partir des simulations numériques sont validés par les essais expérimentaux menées par l'équipe. Des études paramétriques sont ensuite réalisées pour obtenir les déformations effectives appropriées, plus proches de celles obtenues à partir des essais en laboratoire que des résultats analytiques. Pour obtenir les déformations effectives appropriées, les résultats paramétriques sont évalués par régression des essais expérimentaux précédents. Des modèles analytiques pour les déformations effectives sont ensuite proposés pour combler l'écart entre les modèles existants dans les guides de conception, en tenant compte de la distribution des fissures de cisaillement et la distribution des contraintes sur les fibres interceptées par la fissure de cisaillement principale.

Date	25 janv. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Omar Chaallal (Directeur(-trice)) & Georges El-Saikaly (Codirecteur(-trice))