Étude expérimentale sur le chevauchement de barres d’armature en PRFV groupées dans le béton
Other titre : Experimental investigation on lap splicing of GFRP bundled bars in concrete
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Publication date
2019Author(s)
Asadianardakani, Alireza
Subject
Longueur de chevauchementAbstract
Ces dernières années, l’utilisation des barres d’armature en polymère renforcé de fibres de verre (PRFV) a considérablement augmenté en raison de leurs propriétés intrinsèques telles que leur grande résistance à la corrosion, leur transparence électromagnétique élevée et leur légèreté. À l’instar de nombreux produits industriels, les barres en PRFV doivent faire l'objet de divers essais afin de vérifier différents aspects de leurs propriétés structurales. Cependant, la résistance du chevauchement de barres en PRFV groupées a moins retenu l’attention dans les études précédentes, bien que le chevauchement de barres en PRFV groupées soit inévitable dans la pratique. Le manque de connaissances sur ce sujet a conduit au manque de dispositions de conceptions appropriées. La présente étude a ainsi été menée pour étudier la résistance du chevauchement des barres en PRFV groupées dans du béton et les paramètres qui l’influencent tels que le décalage, le nombre de barres groupées, le confinement fourni par l’enrobage et les armatures transversales, la longueur de chevauchement et le diamètre des barres. À cet effet, un total de 22 poutres pleine grandeur, mesurant 5200 mm de long, de section transversale rectangulaire de 300 × 450 mm, ont été testées en flexion quatre points jusqu'à la rupture. Trois différents diamètres de barres en PRFV recouvertes de sable fin (barres ayant 13 mm, 15 mm et 25 mm de diamètre) ont été utilisés comme armatures longitudinales. Les poutres ont été fabriquées avec un béton normal prêt à l'emploi ayant une résistance à la compression projetée de 35 MPa.
Les résultats ont montré que le décalage pourrait augmenter la résistance du chevauchement et réduire l’ouverture maximale des fissures, en particulier dans le cas de trois barres groupées. De plus, la résistance du chevauchement diminuait à mesure que le nombre de barres groupées augmentait, tandis que le comportement général de barres individuelles d'un groupe restait similaire à celui d’une barre unique. Par ailleurs, l'augmentation de la longueur de chevauchement contribue à l’augmentation de la contrainte dans les armatures et de la force correspondante à l’ultime. En outre, plus le diamètre de la barre était grand, plus la longueur de chevauchement requise pour développer une contrainte donnée dans la barre était élevée. Il a également été montré que la présence d’armatures transversales le long de la zone de chevauchement améliorait à la fois les charges de fissuration et de rupture et était très efficace pour augmenter la contrainte à la rupture des armatures. La présence d’armatures transversales s’est également révélée comme un moyen efficace pour réduire l’ouverture moyenne des fissures dans la travée en flexion. Sur la base des résultats expérimentaux, il a été recommandé d'utiliser les coefficients d'amplification de contrainte de calcul de 1,2 et 1,3 respectivement pour les groupes de deux et de trois barres au lieu des coefficients de modification de longueur disponibles dans la norme CSA S806-12. Sur la base d’une analyse de régression des résultats expérimentaux, un modèle semi-empirique a également été élaboré pour prédire la contribution des armatures transversales à la résistance totale de chevauchement des barres en PRFV groupées. Enfin, il a été démontré que l’analyse moment-courbure pourrait fournir une prévision fiable des valeurs expérimentales de déformations des barres d’armature et du béton. In recent years, glass-fiber-reinforced-polymer (GFRP) rebars have seen a substantial rise in popularity owing to their inherent characteristics, such as an outstanding corrosion resistance, high electromagnetic transparency, and light weight. As with many industrial products, GFRP bars must be subjected to various experimentations in order to verify different aspects of their structural characteristics. However, the splice strength of bundled GFRP bars has received less attention in the past studies, despite the fact that splicing of bundled GFRP bars is inevitable in practice. The lack of the knowledge about this subject has led to the scarcity of relevant design provisions. Thus, the current study was conducted to investigate the strength of spliced bundled GFRP bars and the influencing parameters, such as staggering, number of bars within a bundle, confinement provided by clear cover and transverse reinforcement, splice length, and bar diameter. In this regard, a total of 22 full-scale reinforced concrete beams, measuring 5200 mm in length with a rectangular cross section of 300×450 mm, were tested under a four-point bending set-up to failure. Three different diameters of sand-coated GFRP bars (No. 4, No. 5, No. 8) were used as a longitudinal reinforcement. The test specimens were cast using a normal-weight ready-mixed concrete with a target compressive strength of 35 MPa.
The results indicated that staggering could increase the splice strength and reduce the maximum crack width particularly in the case of three-bar bundles. In addition, the splice strength decreased as the number of bars in a bundle increased, while the general behavior of individual bars within a bundle remained similar to that of single bars. Moreover, increasing the splice length could result in enhancing both the reinforcement stress and force at ultimate load. Furthermore, the larger the bar diameter was, the longer the splice length required to fully develop a given bar stress was. It was also proven that providing transverse reinforcement along the splice zone improved both cracking and failure loads and was very effective in increasing the failure reinforcement stress. Providing transverse reinforcement was also found to be an effective means of reducing the average crack width within the flexural span regardless of its yield strength. Based on the experimental results, it was recommended that, in lieu of the length-modifier factors available in CSA S806-12 and until more experimental results become available, the design-stress amplification factors of 1.2 and 1.33 could be used for two- and three-bar bundles, respectively. Based on the regression analysis of the experimental results, a semi-empirical model was also derived to predict the contribution of transverse reinforcement to the total splice strength of bundled GFRP bars. Finally, it has been shown that the moment–curvature analysis could provide a reliable prediction of the experimental strain values of reinforcement and concrete.
Collection
- Moissonnage BAC [4698]
- Génie – Thèses [1002]