Investigation expérimentale et numérique de l’interaction entre le béton et les systèmes d’ancrage des renforts en PRF

Experimental and numerical investigation of the interaction between concrete and FRP reinforcement anchorages

• Auteur / Autrice : Francesco Riccardi
• Direction : Fabrice Gatuingt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Ferrier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Delphine Brancherie, Pierre Bésuelle, Bert Sluys, François Hild, Cédric Giry
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Delphine Brancherie, Pierre Bésuelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomographie

Éléments finis, Méthode des

Ancrage (construction)

Mots clés libres

Prf

Ancrages

Tomographie

Corrélation d’Images Volumiques

Eléments finis enrichis

Frp

Embedded anchors

Tomography

Digital Volume Correlation

Enhanced finite elements

Résumé

Des opérations de renforcement ou réparation sont souvent nécessaires pour garantir l’intégrité des structures en Béton Armé (BA) vis-à-vis du risque sismique. Dans ce cadre, le Polymère Renforcé de Fibres (PRF) stratifié au contact a démontré son efficacité pour améliorer le comportement en flexion des éléments de structures tant en termes de résistance que de ductilité. Afin d’en améliorer la liaison en proximité des jonctions, les ancrages noyés dans le béton représentent une solution avantageuse en termes de performances et de facilité de mise en place. Néanmoins, leur comportement mécanique est fréquemment associé à des mécanismes locaux de déformation qui peuvent affecter la réponse globale de la structure. Un nouveau montage expérimental a été donc conçu pour réaliser des essais de flexion in-situ sur des poutres renforcées de petite échelle avec l’utilisation de la tomographie 3D et étudier l’interaction entre le béton et les ancrages. L’objectif principal est de suivre grâce à la Corrélation d’Images Volumiques (CIV) l’évolution de la dégradation du matériau pendant le chargement et de reconstruire la cinématique de la zone renforcée. D’un point de vue numérique, un modèle éléments finis enrichis inspiré par la Méthode des Discontinuités Fortes (SDA) a été développé dans le but d’améliorer la représentation de l’interface. De cette façon, des comportements mécaniques complexes comme les phénomènes d’arrachement peuvent être facilement reproduits, en limitant en même temps le coût de calcul. La calibration du comportement d’interface est faite enfin grâce aux résultats des essais in-situ qui permettent de valider le modèle dans le cas de problèmes non-linéaires.

Strengthening and retrofitting techniques are often required for guaranteeing the integrity of Reinforced Concrete (RC) structures to prevent seismic risk. In such a framework, Externally Bonded (EB) FRP strengthening systems have proven their effectiveness in enhancing the flexural performances of structural members both in terms of bearing capacity and ductility. In order to improve the bond in the vicinity of RC joints, embedded anchors represent an attractive solution in terms of both performances and ease of installation. Nevertheless, their mechanical behaviour is often associated with localised deformation mechanisms that can strongly affect the overall structural response. A novel experimental apparatus has therefore been designed in order to carry out in-situ bending tests on small-scale strengthened beams in conjunction with 3D tomography and study the interaction between concrete and anchors. The main goal is to track the evolution of material degradation over the entire loading history by means of Digital Volume Correlation (DVC) and to reconstruct the kinematics of the strengthened region. From a numerical point of view, an enriched finite element model inspired by the Strong Discontinuity Approach (SDA) has been developed with the aim of improving the interface representation. By means of a kinematic enrichment, this strategy allows, on the one hand, to account for complex mechanical behaviours such as pull-out deformation modes and debonding mechanisms, on the other hand, to limit the computational effort. The calibration of the interfacial behaviour is then realised by means of the in-situ experimental results which allow to validate the model in the case of non-linear problems.