Résumé

Sous l'influence de l'environnement extérieur et des matériaux internes, les ponts en béton se détériorent avec le temps. Une structure endommagée doit être réparée à temps pour conserver sa fonction d'origine et prolonger sa durée de vie. Parfois, en raison d'une conception ou d'une construction inadéquate, il est également nécessaire de la renforcer pour s'adapter aux changements environnementaux et aux augmentations de charge. Il existe donc diverses technologies de renforcement des ponts.

Actuellement, l'utilisation de composites à base de polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC) est très courante pour renforcer les ponts. En particulier, lorsque la structure est exposée à un environnement corrosif, ce type de matériau composite est plus adapté. Il existe deux méthodes de renforcement des ponts à base de PRFC : l'une consiste à coller un tissu de carbone directement sur la surface tendue du béton ; l'autre, appelée méthode d'enrobage, consiste à percer une fente dans la couche protectrice de béton, à la remplir de résine époxy, puis à y insérer une plaque ou une barre de carbone. Ces deux méthodes sont liées au béton d'armature. Le tissu de carbone (stratifié) doit adhérer fermement au béton sur toute sa surface afin d'éviter tout dommage prématuré dû à la rupture de la colle.

Ces dernières années, le stratifié FRP précontraint a été utilisé pour renforcer les ponts, ce qui peut maximiser la capacité portante et améliorer les performances de service.

La figure 1 présente les courbes de déformation de poutres non armées, de poutres renforcées par des PRF et de poutres renforcées par des PRF. Le diagramme montre que la capacité portante ultime des poutres renforcées par des PRF est nettement améliorée, mais que leur ductilité est inférieure à celle des poutres renforcées sans PRF, en particulier celles renforcées par des PRF précontraints.

La réduction de la ductilité mérite d'être sérieusement prise en compte, car elle peut entraîner une rupture fragile inopinée. Il convient donc de peser le pour et le contre de l'utilisation des PRF pour renforcer les structures en béton. Malheureusement, la plupart des chercheurs se concentrent uniquement sur l'amélioration de la capacité portante.

Ces dernières années, les ingénieurs se sont intéressés à la question suivante : comment améliorer la ductilité de la structure tout en améliorant sa capacité portante ? Certains ont suggéré que les PRF ne soient pas collés à la surface du béton, mais ancrés mécaniquement. D'autres ont proposé une méthode consistant à coller uniquement les deux extrémités, sans le milieu. Dans cet article, il est recommandé de ne coller qu'une partie de la section. Les essais et analyses montrent que cette méthode améliore la ductilité de l'élément renforcé.

Propriétés de flexion des armatures collées sur toute la longueur

Il s'agit de la méthode la plus couramment utilisée pour coller du tissu de carbone sur la surface du béton. Elle permet de former une section composite complète à partir de deux types de matériaux, analysée par la méthode conventionnelle de compatibilité de déformation. Le processus d'analyse de la section est illustré à la figure 2.

Selon le principe d'équilibre des forces, la surface de PRF requise (A, F et B) peut être obtenue. À ce stade, lors de la destruction de la section, le PRF se rompt et le béton s'écrase simultanément. Si la quantité de PRF est trop élevée, le béton s'écrase en premier, provoquant une rupture fragile. Dans l'analyse ci-dessus, on suppose que la barre d'acier d'origine a cédé lors de la destruction de la section. Il s'agit du cas le plus fréquent, car le béton Liang Daduo est conçu pour une faible résistance.

Propriétés en flexion du collage partiel

Le collage partiel consiste à coller volontairement une certaine longueur de PRF, tandis que l'autre partie n'est pas collée à la surface du béton. Par exemple, les poutres simplement appuyées ne peuvent pas être collées à mi-portée, mais uniquement aux extrémités des appuis. La longueur du collage doit respecter les exigences de tension du PRF.

Un cas extrême est celui d'une absence totale d'adhérence, avec un ancrage mécanique uniquement aux extrémités du PRF.

La figure 3 illustre la distribution des contraintes et les profils de déformation dans trois conditions : adhérence totale, adhérence partielle et non adhérence. Cette figure est basée sur des poutres simplement appuyées soumises à des charges concentrées sur la travée. La figure 3A illustre la phase de pré-plastification, où la contrainte de traction du PRF dans les barres d'acier partiellement adhérentes (et totalement non adhérentes) est inférieure à celle des barres entièrement adhérentes. La figure 3b illustre la phase de plastification après renforcement. La contrainte de la barre d'acier a atteint la limite élastique et n'a pas augmenté. Si la charge est maintenue, la contrainte du PRF augmente jusqu'à atteindre celle du PRF en pâte totale.

Amélioration de la ductilité des éléments renforcés

Dans la méthode de renforcement par adhérence partielle, une section est séparée du béton, aucune section composite n'est formée avec la structure d'origine et aucune condition de compatibilité de déformation n'est respectée. Afin d'obtenir une coordination de déformation, la section non adhérente du PRF doit d'abord être allongée jusqu'à ce que son allongement soit égal à celui du béton à la même hauteur. Autrement dit, la déformation du PRF est égale à la déformation moyenne du béton à la même hauteur, ce qui augmente l'énergie de déformation et améliore la ductilité de la structure.

Conclusion

(1) L'analyse et le calcul de la structure montrent que la ductilité de l'élément renforcé est améliorée par la méthode de collage partiel, tandis que la capacité portante de la structure est augmentée.

(2) Les résultats des essais montrent que la ductilité en flexion des poutres renforcées par collage partiel est nettement améliorée, mais le phénomène d'ouverture prématurée de la colle doit être évité.

(3) La méthode de renforcement par collage intégral réduit la ductilité des structures et peut entraîner une rupture fragile.