Modélisation d'éléments de structure en béton armé renforcés par collage de PRF : application à la rupture de type peeling-off

par Sahar Radfar

Thèse de doctorat en Structures et Matériaux

Sous la direction de Gilles Forêt.

Le président du jury était Karam Sab.

Le jury était composé de Gilles Forêt, Bruno Capra, Jean Yves Sener.

Les rapporteurs étaient Oualid Limam, Raoul François.


  • Résumé

    Le renforcement de structures ou d'éléments de structure par collage de plats PRF (polymères renforcés de fibres) est une technique actuellement reconnue et utilisée dans le monde entier. Il permet d'augmenter la durée de vie des structures existantes ce qui est très intéressant du point de vue développement durable et est souvent plus intéressant d'un point de vue économique. La première partie de ce travail s'intéresse au renforcement de poutres béton armé par des plats PRF. En effet, ce type de renforcement peut engendrer une rupture prématurée de type peeling-off. Ce mode de ruine très fragile résulte du décollement du béton d'enrobage qui reste collé au matériau de renforcement. Pour une conception optimale d'un renforcement en flexion par collage, il est important d'être en mesure de prévoir ce type de rupture et d'en tenir compte dans le dimensionnement. Pour cela, un modèle numérique fiable de type élasto-plastique est dans un premier temps présenté qui permet de prévoir la rupture de type peeling-off. Ce modèle est validé à l'aide de résultats d'essais expérimentaux. Les paramètres principaux affectant l'efficacité du renforcement sont ensuite mis en évidence dans le cadre d'une étude paramétrique. Les résultats de cette étude sont mis en parallèle avec des résultats d'essais de la littérature prouvant ainsi l'efficacité du modèle proposé. Enfin, plusieurs mesures sont proposées pour améliorer la performance du renforcement et éviter la rupture prématurée de peeling-off. La deuxième partie de ce travail s'attache quant à elle à l'étude de renforcement de tabliers de ponts soumis aux efforts éventuels d'impact d'un véhicule sur une barrière de sécurité. Une campagne expérimentale composée de différentes configurations de dalles est d'abord réalisée. Un modèle numérique s'inspirant du modèle proposé précédemment est ensuite présenté. La confrontation des résultats expérimentaux et numériques montre une concordance encourageante avant la fissuration majeure de la dalle. Enfin, les résultats mettent en relief l'efficacité du renforcement par des plats PRF dans le cas de glissières de sécurité

  • Titre traduit

    Modeling of reinforced concrete structural members strengthened with FRP plates : study of the peeling-off failure mode


  • Résumé

    Strengthening of structures by bonding FRP plates (fiber reinforced polymer) is a technique currently recognized and used worldwide. This method is a viable solution to costly replacement of deteriorating structures and increases the life of reinforced structures. The first part of this doctoral work focuses on the strengthening of reinforced concrete beams with FRP plates and more precisely on a premature failure caused by this type of reinforcement called peeling-off or concrete cover separation. This brittle failure mode which prevents the strengthened RC beams from attaining their ultimate flexural capacity involves the tearing-off of the concrete cover along the level of tension steel reinforcement starting from a plate end. The first step for a successful, safe and economic design of flexural strengthening using FRP composite at the bottom of the beam is then to predict such failure and to take it into account in design. A reliable numerical model analysis which is validated by test results is first presented to predict ultimate loading capacity and the failure mode of RC beams in a four-point bending setup. The main parameters affecting the efficiency of the reinforcement are then highlighted in a parametric study. The results of this study are compared with test results in the literature demonstrating the efficiency of the proposed model. Finally, several measures are proposed to improve the performance of the strengthening and in order to avoid the premature rupture of peeling-off. The second part of this work is concerned with the strengthening study of a bridge deck subject to eventual loads generated by a car crash into a safety barrier. A series of equivalent impact tests is first performed on deck slabs. A numerical model inspired by the previously proposed model for RC beams is then presented. Comparisons between the predictions of the numerical model and test results show a good agreement before the major cracking of the slab. Finally, the results highlight the efficiency of FRP plates in the case of safety guardrails


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