Shear strength of structural elements in high performance fibre reinforced concrete (HPFRC)

par Lionel Moreillon

Thèse de doctorat en Structures et Matériaux

Sous la direction de Robert Le Roy.

Le président du jury était Ahmed Loukili.

Le jury était composé de Robert Le Roy, François Toutlemonde, Christian Clergue, Jacques Resplendino, René Suter.

Les rapporteurs étaient Aurelio Muttoni, Emmanuel Ferrier.

  • Titre traduit

    Comportement au cisaillement d'éléments de structures en béton fibré à hautes performances (BFHP)


  • Résumé

    Pour les poutres et les dalles ne comportant pas d'armatures de cisaillement, la résistance à l'effort tranchant ou au poinçonnement est souvent un critère important de dimensionnement. Ce type de rupture est caractérisé par un comportement fragile pouvant conduire à l'effondrement partiel voir total de la structure. Malgré de nombreuse recherche dans ce domaine, la résistance à l'effort tranchant et au poinçonnement des structure en béton armé ou précontraint demeure un phénomène complexe et dont l'approche normative est souvent empirique est simplifiée. La capacité des bétons renforcés de fibres métalliques à réduire voir à remplacer totalement les armatures de cisaillement des structures en béton armé et précontraint a été mis en évidence par plusieurs études expérimentales. Cependant, et malgré ses nombreux atouts, l'application à l'échelle industrielle des bétons de fibres est restée marginal, principalement due au manques d'un cadre normatif cohérent et reconnu. Les processus fixes d'une usine de préfabrication d'éléments en béton offre des possibilités optimales pour utiliser des matériaux cimentaires à hautes performances tel que les bétons autoplaçant, les bétons à hautes résistances, etc. Du point de vue de l'auteur, l'utilisation de bétons à hautes performances renforcés de fibres métalliques est le pas de développement et d'optimisation pour cette industrie. Les Bétons Fibrés à Hautes Performances (BFHP) reprennent une matrice similaire aux Bétons à Hautes Performances (BHP) auxquels est ajouté une certaine quantité de fibres métalliques conférant au matériau un comportement au niveau de la structure exploitable dans le dimensionnement. Les BFHP présentent un ratio résistances/coûts intéressant ainsi qu'une alternative au Béton Fibré Ultra-Performants (BFUP). L'objectif principal de ce travail est d'analyser le comportement au cisaillement et au poinçonnement d'éléments de structures en BFHP et en BFUP sans armatures de cisaillement et proposé des recommandations et des règles de dimensionnement adaptées aux ingénieurs de la pratique (…)


  • Résumé

    For members and flat slabs without shear reinforcement, the shear and punching shear strength are often the determining design criteria. These failure modes are characterized by a fragile behaviour implying possible partial or total collapse of the structure. Despite extensive research in this field, shear and punching shear in reinforced and prestressed concrete structures, remain complex phenomena so much that the current approach is often empirical or simplified. The ability of Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC) to reduce shear reinforcement in reinforced and prestressed concrete members and slabs,or even eliminate it, is supported by several experimental studies. However its practical application remains marginal mainly due to the lack of standard, procedures and rules adapted to its performance. The stationary processes in precast industry offer optimal possibilities for using high performance cementitious materials such as Self Compacting Concrete (SCC) and High Strength Concrete (HSC). For the author, the combination of High Performance Concrete and steel fibres is the following step in the development and the optimization of this industry. The High Performance Fibre Reinforced Concrete (HPFRC) stands between conventional SFRC and Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC). The HPFRC exhibiting a good strength/cost ratio is, thus, an alternative of UHPFRC for precast elements. The principal aim of this work was to analyse the shear and punching shear behaviour of HPFRC and UHPFRC structures without transversal reinforcement and to propose recommendations and design models adapted for practitioners. Several experimental studies on structural elements, i.e. beams and slabs, were undertaken for this purpose. Firstly, an original experimental campaign was performed on pre-tensioned members in HPFRC. A total number of six shear-critical beams of a 3.6 m span each, and two full scale beams of a 12 m span each, were tested in order to evaluate the shear and flexural strength. The principal parameter between the specimens was the fibres (…)


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