Approche numérique multi-échelle du renforcement de structures par matériaux composites textile-mortier (TRC) vis-à-vis de sollicitations thermo-mécaniques extrêmes (incendie)

Multi-scale numerical approach of the reinforcement of structures using textile-mortar composite materials (TRC) under extreme thermo-mechanical solicitations (fire).

• Auteur / Autrice : Najib Douk
• Direction : Amir Si Larbi, Xuan Hong Vu, Maxime Audebert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
• Date : Soutenance le 23/07/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....) - Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne ; 1961-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Amir Si Larbi, Xuan Hong Vu, Maxime Audebert, Anne-Lise Beaucour, Eric Vincens
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Ferrier, Arnaud Perrot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites

Mots clés libres

Textile Reinforced Concrete (TRC)

Bâtiments au feu

ISO-834

Modélisation numérique

Renforcement de poutres en béton armé

Textile Reinforced Concrete

Fire scenarios

ISO-834

Numerical modelling

Reinforced concrete beams

Résumé

La tenue des ouvrages vis-à-vis de l’incendie constitue une problématique d’actualité à forts enjeux à la fois sociétaux, scientifiques et techniques. Aussi, le recours à la réhabilitation du patrimoine bâti, notamment pour prolonger la durée de vie des ouvrages, est une technique à la fois ancienne mais régulièrement renouvelée au gré de l’évolution des matériaux disponibles dans un cadre souvent contraint (volet financier, technique, environnemental, énergétique…Etc.) Cette thèse à caractère numérique apporte une contribution par rapport à l’utilité du renforcement des éléments de structures en béton armé par TRC face aux incendies. La revue de l’état de l’art actuel a démontré que le renforcement des éléments de structure face aux incendies se limitait à certaines solutions peu fiables telles que le renforcement par CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer). Dans la bibliographie actuelle, il n’y a que très peu d’études qui traitent des éléments de structure renforcés par TRC face au feu. Dans ce travail de thèse, une modélisation numérique thermo-mécanique de poutres en béton armé renforcées par TRC sera explorée. Les deux facettes thermique et thermomécanique seront établies séparément puis elles seront couplées. La démarche retenue consiste à valider dans un premier temps un modèle thermique « macroscopique » pour le béton via des confrontations numérico-expérimentales. Les résultats du volet thermique sont, dans un deuxième temps, injectés dans un modèle thermo-mécanique d’une poutre renforcée par un TRC. La finalité des modèles numériques est de mieux appréhender la tenue des éléments de structure (poutres en béton armé) renforcés par composites TRC et identifier, en creux, les voies d’amélioration de cette technique.

This study addresses the state-of-the-art development and current understanding of reinforced concrete beams strengthened with TRC (Textile Reinforced Concrete) under thermo-mechanical loading, specifically in the case of fire. The present work is divided into several parts. The numerical work presented in this thesis contributes to the reinforcement of reinforced concrete structures using TRC in fire scenarios. A review of the current state of the art reveals that structural reinforcement in fire situations is largely reliant on unreliable solutions such as CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer). Moreover, there is a scarcity of studies in the current literature regarding structural elements reinforced by TRC in fire conditions. This thesis focuses on thermo-mechanical numerical modeling of reinforced concrete beams reinforced with TRC. Two separate numerical models for thermal and thermomechanical analyses will be established and subsequently coupled. The4 development of the numerical models will proceed in two parts: first, a thermal component, followed by a thermomechanical component. Every thermal numerical investigation is founded on a certain degree of theory derived from the scale and phenomenology described. For concrete, two main scales of thermal modeling can be listed: microscopic, which considers concrete as a multi-phase porous material (solid, liquid, and gas), and macroscopic, which treats concrete as a homogeneous material. The thermal aspect of this work will be validated at the macro-level through numerical-experimental comparisons. The results of the thermal component will then be integrated into a thermo-mechanical model of a beam reinforced with TRC. The numerical models of the present work seek to enhance the understanding of the thermomechanical mechanisms involved in TRC reinforcement, such as the effect of bonding methods, the number of TRC layers, and failure causes. Furthermore, another section is dedicated to TRC reinforcement effects with thermal protection.