Academic literature on the topic 'Renforcement de poutres en béton armé'

This paper presents results of an investigation on the shear strengthening of reinforced concrete (RC) beams with externally applied fibre reinforced polymer (FRP) composites. The first part of the study reviews and synthesizes the state of the art in the subject. Also, the requirements and recommendations specified in the Canadian CSA S806-02 standards, the American ACI-440 guidelines, as well as the European fib TG9.3 recommendations are compared with the test results reported in the literature so far. This part of the study indicates that the major parameters involved in the behaviour of RC beams strengthened in shear with FRP were not fully investigated. This can explain the observed discrepancies between the resistance values predicted by the codes and guidelines, and those obtained by tests. This has been the main impetus to carry out an experimental investigation, which is the subject of the second part of this paper. The objective of this experimental investigation was to study the influence of the following parameters on the performance of RC beams strengthened in shear with FRP composites: (i) the FRP ratio, (ii) the transverse steel reinforcement ratio, and (iii) the type of beam (deep versus slender). Results clearly showed the interaction between the FRP composite and the internal transverse steel reinforcement in the shear resistance mechanism. Results also showed the influence of the type of beam on the gain due to FRP on the carrying capacity of the beam.Key words: shear, reinforcement, concrete, composites, experimental, parameters.

Le présent article traite du renforcement en cisaillement des poutres en béton armé (BA) à l’aide de matériaux composites à base de polymère renforcé de fibres (PRF) collé en surface. La première partie de l’article fait le point sur l’évolution des codes et des normes nord-américains quant à la résistance à l’effort tranchant des poutres en BA renforcées à l’aide de composite en PRF collé en surface. La seconde partie présente une analyse exhaustive des paramètres majeurs influençant la contribution du PRF à la résistance à l’effort tranchant. Elle présente également une comparaison des prédictions des normes de conception en vigueur (ACI 440.2R 2017; CSA/S6 2019; CSA/S806 2012; fib-TG9.3 2001) avec les résultats des essais expérimentaux rapportés dans la littérature. Il ressort de l’étude que des paramètres majeurs influençant le comportement à l’effort tranchant n’ont fait l’objet, à ce jour, que de peu d’investigations. Parmi ces paramètres, on peut citer en particulier : (i) la présence et le taux de l’acier transversal interne et (ii) le nombre de plis (couches) des PRF collés en surface. Cela peut expliquer les écarts observés entre les résistances prédites par les règles de calcul et celles obtenues à partir de tests. À la suite de ces observations, une base de données extraite à partir des études expérimentales a été élaborée dans le cadre de cette étude. Les résultats obtenus mettent en évidence et confirment l’existence d’une interaction entre le composite en PRF collé en surface et l’acier transversal interne quant à la reprise des efforts tranchants. Ils mettent également en évidence l’existence d’une rigidité optimale du PRF au-delà de laquelle le gain en résistance attribué au PRF collé en surface est plafonné.

This paper proposes a method to calculate the torsional stiffness of reinforced concrete beams with section of any shape, in a cracked state due to bending, subjected to small torque (shape stability problems). The simultaneous influence of the various parameters (shape of the section, state of cracking, longitudinal reinforcement) is taken into account. A series of laboratory tests on beams with hollow, massive, or double-tee thin cross sections gives data to determine semi-empirically some parameters. Calculated and experimental stiffnesses are in rather good agreement. The proposed method fills in a gap in the nonlinear calculation of reinforced concrete. Key words: reinforced concrete, flexural cracking, torsional stiffness, calculation method, nonlinear elasticity, stability.

Dans le domaine de la construction, le béton armé est un matériau le plus couramment utilisé pour construire des bâtiments, des ponts…Avec sa grande histoire, il y a un très grand nombre d'ouvrages qui se retrouve dégradé pour de multiples raisons tels que les accidents routiers, l'évolution de trafic, les modifications de chargement dans les bâtiments ou les actions climatiques… Pour résoudre ces problèmes, deux possibilités principales s'offrent aux maitres d'ouvrage : la reconstruction ou la réparation. La reconstruction est une solution intéressante mais coûte très cher et ne peut pas être appliquée pour tous les ouvrages (ouvrages historiques …) La deuxième solution est donc souvent utilisée pour maintenir les ouvrages dans un bon état de service. Une des méthodes de réparation couramment utilisée consiste à l'application de matériaux composites pour renforcer les structures béton armé. Les coûts relativement acceptables et la mise en oeuvre rapide en font une solution technique de plus en plus appréciée. La technique de renforcement par matériaux composites se traduit par l'encollage de tissu ou de plats réalisés à partir de fibres de carbone ou de verre sur un support en béton. Ces types de matériaux ne sont pas d'origine naturelle, leur production provoque de forts impacts sur l'environnement et de plus, ces matériaux ne sont pas dégradables à leur fin de vie. Donc pour répondre à la question du développement durable qui demande que tous les domaines respectent l'environnement, un nouveau matériau écologique pouvant remplacer ces matériaux dans le renforcement de structure béton armé est toujours demandé. La fibre de Lin est un matériau d'origine naturelle qui présente de bonnes propriétés mécaniques. A l'heure actuelle, la fibre de Lin est appliquée dans plusieurs domaines : l'automobile, le sport, … Dans le domaine génie civil, avec ses bonnes propriétés mécaniques, la fibre de lin peut être utilisée dans le domaine du renforcement des structures béton armé en substitution des fibres courantes (fibre de carbone, fibre de verre…) Le but de cette thèse est l'évaluation de la capacité d'utilisation des fibres de Lin dans le renforcement de poutres béton armé. L'étude se focalisera au cas de renforcement au cisaillement qui n'est pas bien documenté dans la littérature, sui sera comparé avec le renfort par des fibres de carbone. Le programme expérimental est réalisé sur des tests de flexion 3 points avec la charge approche de l'appui pour avoir un fort effort tranchant dans la zone intéressée sur des poutres rectangulaires et des poutres en T. Les poutres sont renforcées par des tissus de lin bidirectionnels et unidirectionnels et par différentes configurations de renforcement. Les normes de calcul ACI, FIB, CSA, CNR-DT… recommandées pour calculer des structures avec des renforts de carbone et de verre dans le renforcement au cisaillement sont appliquées afin de vérifier leur efficacité dans le cas d'un renforcement par fibres de lin. Enfin un modèle numérique est étudié par la méthode des éléments finis pour reproduire le comportement des poutres renforcées par fibre naturelle afin d'étudier les paramètres qui jouent un rôle important dans le renforcement au cisaillement des poutres béton armé par fibre de lin. Les résultats montrent que le renfort par fibre de Lin présente des effets significatifs dans le renforcement au cisaillement de poutres béton armé (augmentation de la résistance de cisaillement de 10% à 33%). Le renfort par fibres de Lin présente une capacité mécanique équivalence à celle de fibre de carbone dans le renforcement au cisaillement de poutres béton armé et un potentiel dans le renforcement de structure béton armé. Les résultats du modèle numérique par la méthode des éléments finis traduisent un comportement similaire à ceux enregistrés lors des essais expérimentaux
In the field of construction, concrete is the most common material used to construct buildings, bridges... With its great history, there are a large number of structures that is found degraded for many reasons such as road accidents, changes in traffic, load changes in buildings or climate action ...To resolve these issues, two main options available to project owners: the reconstruction or repair. Reconstruction is an interesting solution but is very expensive and cannot be applied to all structures (historical works ...). The second solution is often used to keep the structures under service conditions. A repair methods commonly used is the application of composite materials to strengthen reinforced concrete structures. The relatively acceptable cost and rapid implementation make this technical solution increasingly appreciated. The Flax fiber is a natural material which has good mechanical properties. At present, the flax fiber is applied in several areas: automotive, sports ... In the civil engineering field, with its good mechanical properties, flax fiber can be used in the field of building Reinforced Concrete structures substitution of regular fibers (carbon fiber, fiberglass ...) The aim of this thesis is the evaluation of the ability to use flax fibers in strengthening reinforced concrete beams. The study will focus on a case of shear reinforcement that is not well documented in the literature; it will be compared with the reinforcement with carbon fibers. The experimental program was carried out on 3-point bending tests with the support of load approach for a strong shear in the area concerned on rectangular beams and T-beams. The beams are reinforced by bidirectional flax fabrics and unidirectional reinforcement and different configurations. The calculation standards ACI, FIB, CSA, CNR-DT ... recommended to calculate structures with carbon reinforcements and glass in building for shear strengthening are applied to ensure their effectiveness in the case of a reinforcement flax fibers. Finally, a numerical model is being studied by the finite element method to reproduce the behavior of beams reinforced with natural fiber to study the parameters that play an important role in shear strengthening of concrete beams reinforced with flax fiber. The results show that the reinforcing flax fiber has significant effects in the shear reinforcement of reinforced concrete beams (increase in shear resistance of 10% to 33%). The reinforcement by flax fiber has a mechanical capacity equivalent to that of carbon fiber in the shear reinforcement of reinforced concrete beams and potential in strengthening reinforced concrete structure. The results of the numerical model by the finite element method reflect a behavior similar to those obtained during the experimental tests. The model also valid flax fiber capacity comparable to that of carbon fiber in the shear strengthening of reinforced concrete beams

De nombreux bâtiments existants sont parfois confrontés à un manque de résistance pouvant sérieusement compromettre la sécurité des personnes lors de phénomènes sismiques. Ces bâtiments, conçus à l’origine pour des charges verticales, étaient rarement édifiés de façon à résister aux mouvements sismiques latéraux. Dans le but d’améliorer la résistance de l’ancien bâti et atténuer les risques qu’il présente, la réhabilitation et le renforcement de ces ouvrages deviennent un enjeu stratégique. La technique des armatures collées en matériaux composites acquiert une importance croissante dans le domaine du renforcement des structures. Elle s'avère notamment intéressante pour le renforcement et la réparation des structures en béton armé. Pour réduire le coût et assurer un comportement relativement plus ductile pour des éléments en béton armés renforcés, l'addition des fibres de verre pourrait être considérée comme une solution de rechange, puisqu'elles sont relativement plus déformables et leur coût et plus bas que la fibre de carbone. Dans ce contexte, le travail présenté vise à évaluer l'efficacité du renfort externe sur les poutres renforcées par le tissu de FRP (verre - carbone). La présente étude évalue l’influence et l’efficacité du renforcement externe des poutres et noeuds en béton armé, par un renfort en fibre de verre et de carbone, selon différentes configurations de renforcement. Elles combinent l'usage séparé de fibres de carbone et de verre unidirectionnel avec un ancrage en forme de U. Dans les mêmes conditions un tissu hybride bidirectionnel verre-carbone est aussi testé. Un total de dix poutres et onze noeuds en béton armés ont été renforcées et testées sous un chargement cyclique pour les poutres et alterné pour les noeuds. Les résultats ont été analysés en termes de résistance, rigidité, ductilité et mode de rupture. Ils montrent que la configuration de renfort en U a considérablement amélioré la résistance à la flexion et à contribuée à la redistribution des efforts internes en permettant d’augmenter la déformabilité des poutres. L’utilisation d’un renfort hybride en fibres de verre-carbone unidirectionnel, à montré son efficacité. C’est une solution très avantageuse pour le renforcement des structures en béton armé
A large number of existing buildings are faced with a lack of strength which may seriously compromise the security of persons in the case of seismic shaking. These buildings, conceived initially for vertical loading, were rarely designed and constructed so as to take up lateral seismic shaking movements. In the aim of improving the strength of these existing buildings, and hence attenuate the risks that may be induced, their rehabilitation and strengthening are of a strategic interest. The glued reinforcing technique in composite materials is widely being used as a new strengthening technique in structures. This technique is particularly interesting for the repair and strengthening of reinforced concrete structures. In the aim of reducing the cost and ensuring a relatively more ductile behaviour for the strengthened reinforced concrete elements, the addition of glass fibres could be considered as a replacement solution since glass fibres are relatively more deformable and with a lesser cost compared to carbon fibres. In this sense, the present work aims at evaluating the efficiency of external strengthening in FRP fabric (glass, carbon) on reinforced concrete elements. The study evaluate the influence and the efficiency of external strengthening of reinforced concrete beams and reinforced concrete bam-column joints using glass-FRP and carbon-FRP tissues in different strengthening configurations. These configurations combine the separate use of carbon fibres and glass fibres tissues unidirectional with a U-shaped anchorage, together with a bidirectional hybrid fabric glass-carbon fibre. A total of ten reinforced concrete beams and eleven reinforced concrete beam-column joints, were strengthened and tested under cyclic loading for the beams and alternate loading for the joints. The testing data analysed concerned the strength, the stiffness, the ductility and the failure mode. They clearly show that the strengthening configuration in a U-shape has considerably improved the flexural strength and contributed to the redistribution of internal forces, enabling the deformations of beams to increase. The use of a hybrid strengthening pattern glass-carbon unidirectionally was more efficient. It represents an advantageous solution for the strengthening of reinforced concrete structures

L’objectif du programme expérimental développé dans ce travail est d'étudier la possibilité d'utiliser des joncs de carbone pour renforcer les poutres en béton armé par la technique de NSM (Near Surface Mounted reinforcement) qui consiste à sceller le jonc de carbone dans une engravure déjà préparée sur la surface de la poutre à renforcer. Nous étudions quelques propriétés physiques et mécaniques des joncs de carbone et leur interaction avec le béton. Une étude couplée des deux interfaces entre le jonc de carbone et le matériau de scellement et entre ce matériau et le béton ancien est réalisée. Le comportement global de poutres renforcées par cette technique et soumises à une flexion quatre points classique ainsi qu’une configuration en console est étudié. Nous effectuons une importante étude paramétrique de quelques variables. Une comparaison entre les résultats expérimentaux et des calculs analytiques et par Eléments Finis des états limites principaux ainsi que du moment de ruine des poutres suivant les différents modes de rupture, est effectuée. Enfin, le calcul de la raideur des poutres renforcées lors de cycles de chargement et de déchargement fait l’objet d’une étude couplée analytique et par Eléments Finis. Les résultats expérimentaux montrent que le renforcement des poutres par cette technique s’avère très satisfaisant
The aim of the experimental program developed in this work is to investigate the possibility of using Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) rods to strengthen concrete structural members with the Near Surface Mounted reinforcement (NSM) technique. We study some physical and mechanical proprieties of CFRP rods and their interaction with the concrete. Bonding at the interface between the CFRP rod and the filling material and that between the filling material and the old concrete is studied. The global behavior both of reinforced concrete beams strengthened by NSM technique and subjected to flexure and of cantilever beams is investigated. We make an important parametric study of some variables. The experimental results are compared with the analytical and finite–element calculations of the principal limit states. The failure moments of beams in various failure modes are also compared. Finally, the stiffness of the strengthened beams during loading and unloading cycles is studied by analytical and Finite Element methods. The experimental results indicate that strengthening concrete structural members with the Near Surface Mounted reinforcement technique gives very satisfactory results

De nombreuses structures en béton armé, situées en Amérique du Nord, ont dépassé leur vie utile et ont besoin de réparation ou de renforcement. La technique de renforcement externe par le collage de polymères renforcés de fibres (PRF) sur les surfaces de béton est une méthode innovatrice qui a prouvé son efficacité quant à la réhabilitation et à l'augmentation de la résistance des structures en béton armé. Cependant, le fait qu'il n'y ait pas de normes de conception et d'aides au dimensionnement disponibles jusqu'à maintenant sur ce sujet, limite encore l'utilisation de cette technique. Dans le cadre de l'élaboration d'un manuel de dimensionnement sur le renforcement des structures en béton armé avec des PRF par le Réseau de Centres d'excellence ISIS Canada, des outils de dimensionnement ont été développés lors de cette étude et sont présentés dans ce mémoire. Ces outils traitent de la conception du renforcement externe en flexion de poutres en béton armé à l'aide de PRF. Ils se présentent sous forme d'abaques à partir desquelles la quantité de PRF nécessaire pour fournir un gain de résistance en flexion spécifique peut être établie pour une poutre à son état ultime. Ces abaques sont basées sur les équations relatives aux modes de rupture classiques des poutres renforcées de PRF. Les abaques contiennent un maximum d'information et sont utilisables dans la majorité des cas de renforcement pouvant être rencontrés. Le renforcement des poutres à section rectangulaire, avec ou sans armature de compression, et le renforcement des poutres à section en T peuvent être traités avec les abaques présentées dans ce mémoire. L'utilisation des abaques permet de dimensionner rapidement et facilement le renforcement d'une poutre avec des PRF, selon des propriétés précises, tout en minimisant le nombre de calculs. L'incorporation de ces abaques à un manuel de dimensionnement va permettre aux ingénieurs d'avoir accès à un guide plus complet, et ils pourront être plus enclins à avoir recours aux PRF pour renforcer ou réparer des structures en béton armé.

L’étude sur le renforcement ou la réparation des structures en béton armé par collage de matériaux composites sont largement effectuée depuis plus de deux décennies. Les avantages mécaniques et physiques sur la résistance à la flexion, la résistance au cisaillement, le comportement mécanique, la durabilité, l’efficacité du renforcement ont bien approuvés. Les méthodes du renforcement par les matériaux composites peuvent être distinguées comme le renforcement interne, le renforcement externe et le renforcement hybride. Dans ce travail, les poutres en béton hybride armé ont été étudiées. Le renforcement en flexion est assuré par les matériaux en acier et en matériaux composites, plaque en CFRP. Deux modes de liaison entre la surface du béton et la surface de la plaque en CFRP sont proposées : liaison directe et liaison à l’aide d’une couche de résine époxyde. Dans cette étude, trois séries différentes de poutres renforcées hybrides ont été utilisées: une liaison directe entre les deux matériaux, la seconde avec une liaison adhésive entre les deux matériaux et la dernière avec une liaison spécifique. Les performances mécaniques de ces poutres, comportement mécanique, modes de rupture, charge ultime, charge correspondant aux premières fissures dans le béton, charge correspondant à la plastification de l'acier longitudinal et l’influence de l'adhérence entre la surface du béton et la surface du CFRP plaque ont été analysés. La méthode numérique par éléments finis a également été utilisée pour analyser les performances mécaniques des poutres. Les résultats apportent de nouvelles connaissances sur les avantages mécaniques des poutres en béton hybride armé
The study on strengthening or repairing reinforced concrete structures by bonding composite materials has been widely carried out for more than two decades. The mechanical and physical advantages on flexural strength, shear strength, mechanical behaviour, durability, reinforcement efficiency have been well approved. The methods of reinforcement by composite materials can be distinguished as internal reinforcement, external reinforcement and hybrid reinforcement. In this work, the hybrid reinforced concrete beams were studied. Reinforcement in bending is provided by steel and composite materials, CFRP plate. Two bonding methods between the concrete surface and the CFRP plate surface are proposed: direct bonding and bonding using an epoxy resin layer. In this study, three different series of hybrid-reinforced beams were used: a direct bond between the two materials, the second with an adhesive bond between the two materials and the last with a specific bond. The mechanical performance of these beams, mechanical behaviour, failure modes, ultimate load, load corresponding to the first cracks in the concrete, load corresponding to the plasticization of the longitudinal steel and the influence of the adhesion between the concrete surface and the surface of the CFRP plate were analysed. The numerical finite element method was also used to analyse the mechanical performance of the beams. The results provide new knowledge on the mechanical advantages of hybrid reinforced concrete beams

Ce mémoire présente les résultats d'une étude sur la durabilité des matériaux composites utilisés seuls et comme systèmes de renforcement externe de poutres de béton armé. Les résultats montrent des gains d'humidité dans le cas des composites vieillis par immersion. Ces gains ont quelques fois été reliés à la température d'exposition, de même qu'à la présence de sels dans la solution d'immersion. Des baisses variées de rigidité et de résistance mécanique, en fonction du type de composite et des conditions d'exposition subies, ont été observées après vieillissement des différents matériaux composites. Toutefois, malgré ces diminutions de propriétés, l'efficacité structurale des composites comme systèmes de renforcement des poutres s'est révélée très satisfaisante et ce, même après exposition environnementale sévère.