Capuchonnage d'un pilier de pont avec renfort en fibre de carbon

1. Étude technique

1.1 Étude du pont

Un pont est un pont routier principal. Sa superstructure est constituée de poutres-caissons continues en béton précontraint de 3 x 25 m. Son infrastructure est constituée de piliers et de pieux. Sa longueur totale est de 82 m.

1.2 Paramètres relatifs à la poutre de recouvrement

La poutre de recouvrement mesure 1,5 m de haut, 1,8 m de large et 11,393 m de long. 36 barres HRB335 ont été installées à son extrémité inférieure. La résistance du béton était de C 35 et l'épaisseur de la couche de protection était de 6 cm.

1.3 Défaut de la poutre de recouvrement

Lors de la construction des poutres de couronnement, la disposition et la conception des barres d'acier sollicitées ne sont pas conformes, ce qui provoque un déplacement vers le haut de certaines d'entre elles, ce qui réduit la distance entre les barres et l'axe neutre et diminue la capacité portante de la structure.

2. Idées de renforcement

Suite à une erreur de construction, le renforcement principal du bord inférieur de la poutre de couronnement se déplace vers le haut, ce qui rend sa capacité de flexion insuffisante. Le pont n'étant pas encore ouvert à la circulation, il est envisageable de coller des plaques d'acier et un revêtement en fibre de carbone sur le bord inférieur de la poutre de recouvrement pour le renforcement en flexion. Il est nécessaire de percer des trous et de visser les poutres de recouvrement pour fixer les plaques d'acier. Les dommages causés au béton et aux barres d'acier des poutres de recouvrement d'origine sont importants. La surface exposée des plaques d'acier doit être traitée régulièrement après la pose des plaques de recouvrement. Le collage du revêtement en fibre de carbone pour renforcer la structure de la poutre de recouvrement d'origine ne cause aucun dommage, la construction est simple et rapide. Après avoir comparé les deux méthodes de renforcement (plaque d'acier collée et enveloppe en fibre de carbone), nous avons opté pour l'enveloppe en fibre de carbone collée.

3 Analyse de la structure

Section de la poutre de couronnement : b*h=1800mm*1500mm.

fsd=280Mpa,fcd=161Mpa

Le calcul considère que la capacité portante de la poutre de couronnement de pile initialement conçue répond aux exigences, et que le renforcement n'est qu'un complément partiel destiné à réduire la capacité portante de la poutre de couronnement due à des erreurs de construction.

Selon la théorie fondamentale de la conception structurelle, la capacité portante au moment de flexion de la poutre de couronnement initialement conçue et de la poutre de couronnement réellement construite est calculée. La différence entre les deux valeurs correspond au moment de flexion à renforcer par l'enveloppe en PRFC collée. La section de l'enveloppe en fibre de carbone peut être obtenue par la formule de base de la mécanique des matériaux.

3.1 Calcul de la capacité portante de la poutre de recouvrement selon le dimensionnement initial

3.1.1 Calcul de la hauteur de la zone de pression : x

x=(fsd*As)/(fcd*b)=(280 × 36 × 615．8)／(16．1 × 18001 =2 14．2 m m <sbh0(=0．56 × 1392．6=779．9 m m ).

Aucune poutre sur-renforcée ne sera présente.

3.1.2 Capacité portante de la poutre de recouvrement selon le dimensionnement initial

Capacité portante de la poutre de recouvrement selon le dimensionnement initial :

Mu=fsd*As(h0*x/2)=280 × 36 × 615．8 (1 500 × f60+31．6) ×1．5)-214．2／2]=7 979 kN.m．

3.2 Calcul de la capacité portante de la poutre de couverture réelle à mi-portée

3.2.1 Calcul de la hauteur de la zone de pression : x'

Mu=fsd*As(h0*x/2)

x=291,8 mm

3.2.2 Capacité portante de la poutre de couverture réelle à mi-portée

Capacité portante de la poutre de couverture réelle à mi-portée : Mu'=fsd*As(h0*x'/2)==280 ×[615．8 X 23 ×(1 500-60-31．6／2-291．8／2)+6 15．8 ×1 l ×fl 500—60—3 1．6／2—3 19-291．8／2)+615．8 ×2 ×(1 500-60-31．6／2—319 ×2-291．8／2)=7 1 10 kN .mm

La valeur réelle de Mu' est inférieure à la valeur de conception de Mu. Mu-Mu'=7 979-7 l10 = 869 k N ·m ．

3.3 Calcul de la surface de la pâte d'enveloppement en PRFC

En plaçant une bande de fibres de carbone sur le bord inférieur de la poutre d'enveloppement, la capacité portante en flexion due aux facteurs de construction est compensée. La largeur b de la bande de fibres de carbone est de 20 cm, le module d'élasticité Ef est de 2,4 *105 M Pa et l'épaisseur de la feuille de fibres de carbone monocouche est de 0,167 mm.

M = Af * Ff * Ef (h-x/2)

3.4 Enrobage en fibre de carbone pour le renforcement des piliers

A) L'enrobage en PRFC doit être cerclé et ne doit pas comporter plus de 3 couches.

B) La longueur de recouvrement du PRFC dans le sens de la force ne doit pas être inférieure à 100 mm. En cas d'utilisation d'un enrobage en PRFC multicouche, les chevauchements doivent être décalés.

C) En cas d'utilisation d'un PRFC pour contourner le chanfrein extérieur de l'élément (section), le bord de la section doit être poli pour obtenir une surface circulaire avant le collage. Le rayon de l'arc ne doit pas être inférieur à 20 mm.

D) En cas de renforcement avec du PRFC multicouche, l'enrobage en PRFC doit être découpé couche par couche, et la bande de compression la plus externe au point de coupure de chaque couche doit être utilisée. Le mode de collage doit être court à l'intérieur et long à l'extérieur.

Lorsque la poutre de recouvrement du pont est renforcée, trois couches d'enveloppe en fibre de carbone d'une largeur de 20 m m sont collées sur le bord inférieur de la poutre de recouvrement, et neuf couches sont disposées transversalement, puis la section transversale de l'enveloppe en fibre de carbone est de 901,8 m > A f : 764,05 m, ce qui répond aux exigences.

Résumé

L'introduction ci-dessus montre que le collage des enveloppes en PRFC peut pallier le problème de résistance à la flexion insuffisante des poutres de chevêtre, due à un renforcement insuffisant, sans dommage pour la structure d'origine. Il est également utile pour améliorer la capacité portante d'autres éléments en flexion, tels que les poutres en béton armé. Il convient de noter que le collage des PRFC est soumis à des exigences strictes en termes de conditions et de techniques de construction. Afin de garantir la qualité de la construction, il est nécessaire de confier la réalisation des travaux à des équipes de construction professionnelles possédant une solide expérience et, à chaque étape, de respecter scrupuleusement les exigences du cahier des charges en matière de contrôle qualité.