Les plaques de fibre de carbone peuvent-elles renforcer les colonnes circulaires en béton?

Basé sur ACI 440, la réponse est Oui.

Les stratifiés unidirectionnels en CFRP (plaques de carbone) sont autorisés en tant qu'armature de traction longitudinale externe pour les colonnes circulaires déficientes en capacité de flexion ou en résistance à la compression excentrique importante.

Fonction principale des plats verticaux de CFRP: Complétez les rebars en acier longitudinaux internes pour amplifier la résistance à la flexion et agrandir l'enveloppe d'interaction de P-M sous les charges axiales excentriques.

MAIS

Contrainte obligatoire critique de l'ACI 440.2R: Les plaques longitudinales en CFRP ne peuvent être installées sans enveloppes de confinement transversales en PRF. Les plaques verticales non restreintes violent les règles de détail prescriptives; le crédit de conception complet pour la résistance à la traction/à la compression en CFRP est interdit dans les calculs de résistance formels si aucun confinement transversal n'est fourni.

Y a-t-il un avantage structurel significatif lorsque seules des plaques verticales en PRFC sont collées à une colonne circulaire (pas d'enroulement transversal en PRF)?

Un avantage théorique marginal (utilisation temporaire et non permanente seulement)

Les fibres en CFRP orientées verticalement résistent uniquement à la tension axiale. Sous la flexion pure ou le grand chargement excentrique commandé par tension, les plats partagent la force de traction du côté de tension de la section, réduisant marginalement la largeur de flexion de fente et augmentant légèrement la résistance à la flexion nominale pour des conditions de service statiques à court terme.

Inconvénients critiques graves de code-limitation

1) Aucun confinement concret; amélioration négligeable dans la capacité axiale concentrique/petit-excentrique

2) Amélioration zéro de capacité de cisaillement

3) décollage et délamination précoces de CFRP régis par des limites de déformation de liaison

4) ductilité insuffisante, non conforme pour les rénovations sismiques

Ainsi, la combinaison de plaques verticales precured en CFRP plein transversal FRP enveloppant (schéma de rénovation conforme à la norme ACI)

Les plaques CFRP enveloppent les colonnes éliminant toutes les déficiences de liaison de plaque verticale uniquement tout en améliorant simultanément la flexion, la compression axiale, le cisaillement et les performances sismiques.

1) Rôle indépendant des plaques de CFRP précurées verticales

Complétez le renfort longitudinal externe pour soulever la résistance à la flexion nominale et la grande compression excentrique; augmente le côté de tension de la courbe de l'interaction P-M de la colonne.

Retenez l'ouverture des fissures de flexion verticales sous les charges cycliques latérales, réduisant la déviation au niveau du service et améliorant la stabilité de la rigidité.

Compenser les lacunes de conception lorsque l'armature en acier longitudinale interne est corrodée, sous-dimensionnée ou endommagée.

2) contributions obligatoires multifonctionnelles des enveloppes transversales FRP

• Confinement passif pour une capacité de compression axiale renforcée

L'expansion latérale du béton comprimé active la contrainte de traction dans les fibres FRP circonférentielles, appliquant une pression de confinement passive uniforme, élevant de manière significative la résistance à la compression maximale et la contrainte de compression ultime du béton de base, améliorant considérablement la résistance de charge concentrique et petit-excentrique.

• Renfort de cisaillement externe pour supprimer la rupture de cisaillement fragile

Les fibres FRP circonférentielles agissent comme des étriers transversaux externes continus, résistant directement à la tension de cisaillement diagonale. Éliminer le risque d'effondrement prématuré par cisaillement sous une charge latérale et sismique.

L'emballage transversal complet serre fermement les plaques verticales en CFRP contre le substrat cylindrique, supprimant le flambage hors plan des plaques côté compression et abaissant la contrainte de cisaillement interfaciale en dessous du seuil de déformation de liaison. Ceci permet la pleine utilisation de conception de la résistance à la traction de CFRP sans facteurs excessifs de réduction de tension.

• Mise à niveau de la ductilité et des performances sismiques

Le béton confiné présente un long plateau de contrainte-déformation plastique post-pic, permettant une grande dérive latérale en plastique et une dissipation d'énergie hystérétique. Des rebars longitudinaux internes sont retenus contre le flambage compressif. Les transitions de mode d'échec d'effondrement fragile soudain au rendement de flexion contrôlé par tension ductile, satisfaisant toutes les limites de ductilité et de dérive séismiques d'ACI pour les colonnes rétroadaptées.

• Durabilité et protection contre la corrosion

L'emballage transversal continu de FRP scelle les microfissures de surface, bloquant la pénétration d'humidité, d'ions chlorure et d'agents de carbonatation. La barrière de FRP protège l'armature en acier interne contre la corrosion, permettant des facteurs de réduction environnementaux détendus dans le calibrage à long terme de force.

3) Performance combinée synergique (1 1 > 2)

• Mise à niveau de la capacité à spectre complet: flexion, charge axiale excentrique, compression concentrique et résistance au cisaillement sont tous quantifiables via des équations ACI normalisées.

• Action composite compatible: Les enveloppes transversales résolvent les défauts de décollement/flambage fatals des plaques CFRP verticales autonomes, assurant une interaction composite complète entre le FRP et le substrat en béton.

• Hiérarchie de défaillance ductile contrôlable: Le rendement en flexion des garanties précède l'écrasement du béton ou la rupture de cisaillement, en s'alignant avec le principe de conception de base d'ACI de réponse structurelle ductile sous des charges extrêmes.

• Flux de travail de conception validé par code: Chaque mesure de performance (flexion, cisaillement, confinement, déformation de décollement, ductilité sismique) a des procédures de calcul explicites, satisfaisant les critères de révision, d'inspection et d'acceptation des tiers pour les rénovations structurelles.

Tableau comparatif sommaire