Effect of shrinkage on the ultimate behaviour of UHPFRC-strengthened reinforced concrete members
Graduation Studies conducted for obtaining the Master’s degree in Civil Engineering in Construction by
Julien GROSJEAN
Academical year 2016-2017
Supervisor: Boyan Mihaylov
Abstract
Strengthening of reinforced concrete members with Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC) can be economical in some cases. Furthermore, this concrete is very durable and has very good mechanical properties, which can make it more advantageous compared to other strengthening solutions.
But unfortunately, modelling the UHPFRC tensile behaviour is not very mastered and is a barrier to widespread use.
The first point of this work is focused on modelling UHPFRC tensile behaviour. This model is decom- posed into two parts: the first one, based on the works of Guenet [Guenet, 2016], allows to determine the stress-crack opening law for UHPFRC in the post-cracking domain according to some parameters such as the fibres content, their orientation, their diameter, ... The second part consists in determining the stress-strain law using the previous one. A characteristic length is used in order to achieve this. Either this one is fixed according to the codes or this one is computed with a model developed from the results obtained by György L. Balázs [Balázs, 1993].
The second point, which is the most important, is related to the study of UHPFRC shrinkage on UH- PFRC strengthened-members. For strengthened columns, mainly working under compression, it appears that shrinkage should be taken into account in the UHPFRC constitutive law for the ULS computa- tion. For UHPFRC strengthened members working under tension or under bending moment, UHPFRC shrinkage may be neglected in the constitutive law for the most common cases. Nevertheless, only one strengthening configuration has been tested in bending corresponding to a 3-sides jacket around the beam.
Finally, this shrinkage analysis on the ULS behaviour has been applied to a case study which is the Couvin bridge, realised by study office Cerfontaine. Even if UHPFRC is not used in this bridge, main principles remain the same such as the applied reasoning on UHPFRC strengthened members can be done. Once again, it appears that taking into account the concrete shrinkage doesn’t change too much the M −φ response of the cross section for ULS computation. Nevertheless, shrinkage has to be taken into account in the load cases by considering it as a temperature variation.
Effet du retrait sur le comportement à l’état ultime des éléments en béton armé renforcés par du BFUP
Mémoire de fin d’études réalisé en vue de l’obtention du grade d’Ingénieur Civil des constructions par Julien Grosjean
Année académique 2016-2017
Promoteur: Boyan Mihaylov
Résumé
Le renforcement d’éléments en béton armé par du Béton Fibré à Ultra Hautes Performances (BFUP) peut s’avérer être économique dans certains cas. De plus, ce béton possède de très bonnes propriétés mécaniques et de durabilité, ce qui peut le rendre encore plus avantageux comparé à d’autres solutions de renforcements. Mais malheureusement, la modélisation du comportement en traction de ce béton n’est pas encore tout à fait au point, ce qui constitute un frein à son utilisation
Le premier point de ce travail de fin d’études consiste donc à établir un modèle pour le comportement en traction des BFUP. Ce modèle est décomposé en deux parties: la première, basée sur la thèse de Guenet [Guenet, 2016], permet d’établir la loi contraintes-ouverture des fissures du BFUP dans le domaine non linéaire (domaine post-fissuration) en fonction de différents paramètres tels que la teneur en fibres, leur orientation, leur diamètre, ... La deuxième partie consiste à déterminer la loi contraintes-déformations à partir de la précédente. Pour ce faire, une longueur caractéristique est utilisée. Celle-ci est soit fixée comme conseillé dans les codes, soit calculée selon un modèle développé à partir des résultats de György L. Balázs [Balázs, 1993].
Le second point de ce travail consiste à analyser l’influence du retrait du BFUP sur des éléments renforcés à partir de ce matériau. Pour des colonnes renforcées, travaillant principalement en compression, il apparaît que le retrait devrait idéalement être pris en compte dans la loi de comportement lors de la vérification aux ELU. Pour des éléments renforcés travaillant en traction ou en flexion, il apparaît que pour les cas courants, le retrait du BFUP peut ne pas être pris en compte dans la loi de comportement.
Néanmoins, une seule configuration de renforcement d’une poutre a été testé, à savoir la mise en place d’une couche de BFUP sur les trois faces accessibles de la poutre.
Enfin, cette analyse du retrait sur le comportement à l’ELU est appliquée à un cas réel, sur le pont de Couvin, réalisé par le bureau d’études Cerfontaine. Même si le BFUP n’est pas utilisé pour cet ouvrage, les principes de bases restent les mêmes de telle sorte que le raisonnement appliqué pour les éléments renforcés peut y être fait. Il apparaît à nouveau que la prise en compte ou non du retrait dans la loi de comportement n’induit pas de grande différence dans la réponse à l’ELU. Néanmoins, il faut toujours prendre en compte le retrait dans les cas de charges sous forme d’une variation de température.
