Experimental study of the behaviour of pre-cracked short RC beams strengthened with composite material under quasi static and fatigue load.
Etude expérimentale du comportement des poutres courtes en béton armé pré-fissurées et renforcées par matériaux composites sous chargement statique et de fatigue
Résumé
This thesis deals with the experimental study about the behaviours of short RC beams precracked and then strengthened with CFRP through the three-point bending tests under quasi static and fatigue load. The fatigue tests were carried out firstly with a fatigue load of service limited state. The non strengthened beams failed before 2 millions of cycles. However, non fatigue failure happened on the strengthened beams after two millions of cycles. The fatigue strength of the beams strengthened with CFRP is considerably improved. And then, the fatigue failure modes of strengthened beams were studied with a more large fatigue load. The fatigue failure of the beams strengthened with CFRP is due to the fatigue failure of steel rebars at the cracks while the stress range arrives at more than 200 MPa. The ultimate behaviour of pre-cracked and then strengthened short beams was studied through static tests. All the failure of this type of beams is the shear failure. The strengthened beams failed due to the lift-off of lateral composite or by large shear cracks. The static tests were also fulfilled on the strengthened beams having suffered from two millions of cycles of fatigue (at the level of service limited state) but without the fatigue failure. The influence of materials aging to the fatigue behaviour of RC beams strengthened with CFPR was studied through the fatigue tests on the 2 pre-cracked RC beams (one strengthened and another non strengthened) exposed in a room with a relative humidity of 100% and a temperature of 39 oC during 4.5 months before experiment. No visible influence was observed during fatigue tests. The behaviours of short beams pre-cracked and then strengthened with CFRP are also simulated par finite elements method. The different methods used in the design were also validated. A new method adapted to the test results of present experiment was proposed to calculate the shear resistance of strengthened short RC beams.
Une étude expérimentale du comportement de poutres courtes en béton armé pré-fissurées puis renforcées par matériaux composites à base de fibres de carbone sous chargement quasi statique et de fatigue, a été menée par le biais d'essais de flexion 3 points. Les essais de fatigue sont d'abord effectués sous chargement répété à l'état limite de service. Les poutres en béton armé non renforcées se rompent en fatigue. La rupture en fatigue des poutres renforcées n'est jamais atteinte pour deux millions de cycles. Le collage du composite en face tendue améliore considérablement la tenue à la fatigue des éléments pré-fissurés. La rupture en fatigue des poutres courtes pré-fissurées et renforcées, pour des amplitudes et efforts maximaux élevés, est due à la ruine en fatigue des armatures tendues au droits des fissures lorsque l'amplitude de contrainte dans les armatures atteint au moins 200 MPa. Le comportement ultime de nos poutres est étudié par le biais d'essais statiques. La rupture est due à l'effort tranchant suivant deux modes: le décollement du composite latéral, ou les fissurations d'effort tranchant. Des essais statiques sont également effectués sur les poutres renforcées ayant subi deux millions de cycles de fatigue (à l'état de service) afin d'étudier leur résistance statique résiduelle. Une autre étude concerne l'influence du vieillissement des matériaux sur le comportement en fatigue des poutres renforcées, étudiée par les essais de fatigue réalisés sur deux poutres préfissurées (une renforcée par composite, l'autre sans renforcement) stockées dans une salle climatisée à 100% de l'humidité relative et à 38oC de température pendant 4,5 mois avant être testées. On ne note pas d'effet détectable de ce vieillissement sur le comportement en fatigue des poutres: la prise en eau potentielle de la résine n'a pas de conséquence structurale. Une étude numérique (éléments finis) est effectuée pour modéliser le comportement de nos poutres courtes pré-fissurées et renforcées par composite. La validation des méthodes de calcul de type réglementaire est également effectuée. Une amélioration des méthodes existantes de calcul à l'effort tranchant est proposée.
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