1. Introduction

Ces dernières années, les matériaux PRF, et notamment les PRFC, ont été largement utilisés en génie civil. Bien que moins répandus que les structures en béton armé, les structures en acier renforcé PRFC ont également commencé à être utilisées pour la construction de ponts et de logements. Des recherches ont également démontré que le PRFC pouvait améliorer efficacement la résistance et la rigidité des poutres en acier.

2. Recherche en laboratoire

Dans cette étude, une poutre en acier non renforcée et sept poutres en acier renforcées par des plaques PRFC ont été testées. Des plaques PRFC de différentes longueurs et épaisseurs, soumises à différents modes de chargement (flexion trois points et flexion quatre points), ont été utilisées pour évaluer l'effet de différents paramètres sur la résistance et la rigidité des poutres en acier renforcées.

2.1 Préparation des échantillons

Les poutres en acier en I utilisées mesurent 1,2 m de long, 127 mm de haut, 76 mm de large, 7,6 mm d'épaisseur d'aile, 4 mm d'épaisseur d'âme, 275 MPa de charge de calcul et 205 GPa de module d'élasticité. L'épaisseur de la plaque CFRP utilisée est de 3 mm ou 6 mm, et son module d'élasticité est de 210 GPa. L'adhésif structural est le Sikadur one 31 de Sika Corporation, et son module de cisaillement est de 2,6 GPa. Afin de garantir une épaisseur de couche de 1 mm, des billes de verre de 1 mm de diamètre sont incorporées à l'adhésif structural à raison de 1 %. Après collage sur la poutre en acier, la plaque sera maintenue pendant plus de 72 heures.

2.2 Méthode d'essai

La charge est soumise à une flexion en trois ou quatre points, la flexion en quatre points étant de 300 ram. La force de traction est de 1,1 m. La vitesse de charge est de 0,05 mm/s. Français La déflexion de la poutre est mesurée par trois potentiomètres, et le placement spécifique est indiqué sur la figure 1. Afin d'enregistrer la distribution des contraintes au bas de la plaque CFRP dans l'échantillon de 305, sept jauges de contrainte Gl-G7 de 2 mm de long sont fixées longitudinalement à la ligne centrale du bas de la plaque CFRP, comme indiqué sur la figure 1. Pour mesurer la distribution des contraintes dans la travée, trois jauges de contrainte de 5 mm de long sont fixées au bas de la semelle supérieure, au milieu de l'âme et au sommet de la semelle inférieure, comme indiqué sur la figure 1. Lorsque la poutre en acier est localement instable, elle arrête de charger.

3. Résultats des essais et discussion

3.1 Résistance

La courbe charge-déformation d'une poutre en acier non renforcée et de cinq poutres en acier renforcées soumises à une flexion trois points est illustrée à la figure 2. La charge de deux poutres en acier renforcées soumises à une flexion quatre points est illustrée à la figure 3. Le diagramme montre que (a) la charge ultime augmente avec la longueur de la dalle. En effet, la concentration de contrainte à l'extrémité de la plaque entraîne la rupture par arrachement de la plaque en PRFC, ce qui empêche sa résistance de jouer pleinement. La concentration de contrainte diminue avec la longueur de la plaque ; (b) lorsque la plaque en PRFC se détache instantanément de la poutre en acier, la charge sur la poutre diminue également rapidement. On constate ainsi que la résistance des poutres est améliorée par les panneaux en PRFC.

Pour deux échantillons de même longueur mais d'épaisseur différente, les éprouvettes 305 et 305D, leur capacité portante maximale est respectivement de 149,1 kN et 112,1 kN. On constate que la capacité portante du S305 d'épaisseur 3 mm est supérieure à celle du 305D d'épaisseur 6 mm. Cela est dû à l'augmentation de la concentration de contrainte à l'extrémité de la plaque due à son épaisseur, ce qui facilite le décollement du panneau CFRP.

3.2 Rigidité

Les courbes charge-déformation des figures 2 et 3 illustrent également l'influence des plaques CFRP sur la rigidité des poutres en acier. La rigidité des plaques CFRP n'est pas améliorée de manière significative avant la plastification de la poutre. Cela s'explique par le module d'élasticité relativement faible du CFRP utilisé dans l'essai et par la faible épaisseur de la plaque. L'augmentation de l'épaisseur peut accroître la rigidité de la poutre, mais également la concentration de contrainte à l'extrémité de la plaque. La figure 4 présente la comparaison de la flèche des échantillons soumis à une flexion trois points sous une charge de 70 tiers. Le diagramme montre que la longueur de la dalle n'a aucun effet sur la flèche de la travée médiane. Par conséquent, l'augmentation de l'épaisseur du PRFC est un moyen efficace d'améliorer la rigidité des poutres en acier.

3.3 Mode de rupture

Les courbes charge-déformation présentées aux figures 2 et 3 montrent que toutes les plaques de PRFC des échantillons se détachent instantanément de la poutre en acier, à l'exception de l'échantillon $310. Les échantillons de l'échantillon $310 ont été détruits en raison de l'instabilité locale de la poutre en acier, car la plaque mesurait 1 m de long et la concentration de contrainte à son extrémité était très faible. Le mode de rupture des autres échantillons est le détachement complet de la plaque de PRFC de la poutre en acier. La figure 5 montre l'échantillon $304 après rupture. On observe que la surface de décollement se situe principalement à l'interface entre la poutre en acier et l'adhésif structural.

3.4 Contrainte interfaciale maximale

La contrainte de cisaillement interfaciale maximale, la contrainte normale et la contrainte principale de la poutre en acier renforcée sous l'action de la capacité portante maximale peuvent être obtenues à partir de la formule analytique de la capacité portante De. À l'exception de la rupture du 310 due à une instabilité locale, la contrainte de cisaillement interfaciale maximale, la contrainte normale et la contrainte principale des autres échantillons sont très proches, et leurs coefficients de dispersion sont respectivement de 4,25 %, 5,30 % et 2,89 %. Ces résultats confirment la validité de la formule de calcul de la contrainte interfaciale maximale.

Conclusion
Cet article présente l'essai de charge statique de poutres en acier renforcées par des plaques en PRFC. Les résultats de l'essai montrent que la capacité portante ultime de la poutre en acier renforcée augmente avec la longueur de la dalle en PRFC, mais diminue avec son épaisseur. Le module d'élasticité et l'épaisseur de la plaque en PRFC étant relativement faibles, la rigidité de la poutre en acier renforcée n'est pas significativement améliorée. À l'exception de l'échantillon 310, tous les échantillons ont été dénudés et détruits par les plaques en PRFC. La contrainte interfaciale maximale des échantillons sous la charge maximale calculée par la formule théorique est très proche, et la déformation longitudinale enregistrée par la jauge de contrainte coïncide bien avec la déformation théorique. Tous ces éléments prouvent que la formule théorique de Deng et al. L71 est raisonnable.