Développement d'une méthode d'analyse structurelle de bâtiments en béton armé : application aux poutres renforcées par des armatures PRF

Development of a structural analysis methodology for reinforced concrete buildings : application for beams with Fiber-Reinforced Polymer (FRP) reinforcements

• Auteur / Autrice : Adeline Confrere
• Direction : Emmanuel Ferrier, Laurent Michel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 30/03/2015
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCIE - Laboratoire de Génie Civil et d' Ingénierie Environnementale, EA 4126 (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Brahim Benmokrane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raoul François, Aurelio Muttoni, Karim Benzarti, Gilles Chanvillard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maurizio Guadagnini, Lluís Torres

Mots clés

Mots clés contrôlés

Portiques (manutention)

Flexion (mécanique)

Poutres en béton

Béton armé

Mots clés libres

Béton armé

Poutre

Portique

Flexion

Effort tranchant

Flèche

Tendances de dimensionnement

Reinforced concrete

Beam

Frame

Flexure

Shear

Deflection

Design trends

Résumé

La corrosion de l'acier dans le béton a été identifiée comme la principale cause des détériorations et déficiences structurelles. Les coûts de réparations et réhabilitations aux Etats-Unis, au Canada et dans la majorité des pays européens représentent un pourcentage important des dépenses liées aux infrastructures. En raison de leur résistance à la corrosion, de leur légèreté et d'une grande résistance à la traction, les armatures alternatives en PRF de verre, carbone ou basalte sont étudiées depuis une vingtaine d’années. Les propriétés mécaniques des armatures en polymères renforcés de fibres au comportement élastique diffèrent de celle de l'acier au comportement élasto-plastique. La substitution des armatures métalliques par des PRF va modifier les comportements structuraux généralement observés dans des structures béton armé traditionnelles. Cela va également induire un changement au niveau des calculs de dimensionnement de la structure. En particulier, dans le cas d'une poutre en béton armé standard, la rupture en flexion de la poutre sera habituellement par rupture des armatures en traction dans le cas de l'acier, alors que la rupture par compression du béton sera préférable pour les poutres renforcées par des PRF. L'objectif de cette thèse est une meilleure compréhension du système {béton + armatures en polymères renforcés de fibres} en vue de dimensionner des structures de bâtiment avec ces armatures alternatives. Ces armatures PRF ont déjà été utilisées pour des tabliers de ponts ou des voies de train à sustentation magnétique, mais aucune application pour des bâtiments à part quelques rares cas de construction d'hôpitaux où les pièces attenantes aux salles contenant des appareils magnétiques, tels que l'IRM afin d’éviter les phénomènes de résonance. Même si les renforcements PRF semblent une solution prometteuse vis-à-vis des problèmes de corrosion, les designers et ingénieurs sont confrontés à de nombreuses questions quant à l'utilisation de ces matériaux pour une application bâtiment, que ce soit pour la mécanique des structures ou des aspects économico-environnemental. Cette thèse s'inscrit donc dans la problématique de conception de structures en béton armé innovantes et plus durables

The corrosion of steel elements embedded in concrete was identified as the main cause of structural deteriorations and deficiencies in buildings. Repair and rehabilitation costs in the USA, Canada and most European countries represent a substantial percentage of expenses related to infrastructures. Alternative FRP reinforcements in glass, carbon or basalt have been studied for the past twenty years owing to their resistance to corrosion, their light weight and their considerable tensile strength. The mechanical properties of fiber-reinforced polymers with an elastic behavior differ to the mechanical properties of steel, with an elastic-plastic behavior. This induces a change of the dimension calculations of the structure. In particular, in the case of a standard reinforced concrete beam, the flexural ultimate strength would usually be located in the reinforcements in traction for steel reinforcements, while a crushing failure of the concrete would be preferable in FRP beams. The objective of this thesis is to better understand the system {concrete + fiber-reinforced polymer reinforcements} in view of dimensioning building structures with these alternative reinforcements. These FRP reinforcements have already been used for bridge decks and magnetic suspension train tracks but no applications have been found for buildings except a few rare cases of hospital buildings or rooms adjoined to others containing magnetic apparatus, for example Magnetic Resonance Imagery (MRI), which are reinforced with FRP reinforcements to avoid resonance problems. Even if FRP reinforcements would appear to be a promising solution in terms of corrosion problems, designers and engineers have been confronted with many questions relative to the use of these materials in a building application, both in terms of the mechanics involved for the structures and economic and environmental issues. This thesis is therefore focused on the design aspect of concrete structures comprising innovating and more durable reinforced concrete