1. Introduction à la maçonnerie

La structure de maçonnerie elle-même est relativement simple et de nombreux bâtiments ne répondent pas aux exigences fonctionnelles des bâtiments modernes. De plus, en raison de sa faible résistance à la traction et au cisaillement, la maçonnerie est sujette à des ruptures fragiles, sa capacité à supporter les charges horizontales est faible, sa résistance sismique est faible et sa fiabilité est fortement réduite après une utilisation prolongée.

En cas de fort tremblement de terre, les dommages sismiques des maçonneries en briques sont souvent plus importants ; le renforcement sismique est donc essentiel. Les méthodes de renforcement traditionnelles nécessitent de longues périodes de construction, occupent de l'espace, consomment de l'acier et sont complexes à mettre en œuvre. Le renforcement composite en composites renforcés de fibres (PRF) est une nouvelle technologie pour les structures de maçonnerie proposée ces dernières années. Non seulement il permet de pallier les inconvénients des méthodes de renforcement traditionnelles, mais il ne modifie pas la forme de la section transversale des composants, offre une résistance élevée, un rendement élevé, un poids mort léger, une construction pratique, une résistance à la corrosion et une large gamme d'applications, entre autres avantages. Dans cet article, basé sur une étude expérimentale, le logiciel d'éléments finis est utilisé pour analyser la contrainte d'un mur de maçonnerie renforcé par un treillis en fibres de carbone. Après vérification de la rationalité du modèle, les effets du rapport de contrainte, du rapport hauteur/largeur et du nombre de couches de treillis en fibres de carbone sur l'effet de renforcement du mur de maçonnerie sont analysés et des conclusions utiles sont tirées.

2. Situation d'essai

Cet essai utilise un mur de maçonnerie en briques à l'échelle. Après collage avec le treillis en fibres de carbone, un essai de simulation sismique est réalisé. Le prototype du modèle est un dortoir de collège du comté de Zaoqiang, ville de Hengshui. L'objectif principal de la recherche est d'analyser la capacité de cisaillement et le comportement à la déformation de murs de maçonnerie en briques renforcés par un treillis en fibres de carbone sous l'action combinée d'une force axiale verticale et d'une charge horizontale répétée.

2.1 Paramètres des éprouvettes

Trois éprouvettes de murs de maçonnerie ont été réalisées pour cet essai. La taille du modèle a été réduite à 1:2 pour correspondre au mur de maçonnerie réel. L'épaisseur de l'échantillon de mur en maçonnerie est de 120 mm, sa hauteur de 1 100 mm, sa largeur de 1 600 mm et son rapport d'aspect de 0,688. L'épaisseur du joint est de 10 mm. Les poutres en béton armé sont assemblées aux murs et aux parties inférieures. Les modèles de murs en maçonnerie sont représentés par « W10 ». Le numéro de l'échantillon et le plan de ferraillage sont indiqués dans le tableau 1.

Le numéro de l'échantillon et le plan de ferraillage

Lors de la réalisation des éprouvettes, le matériau du mur de maçonnerie est conforme au projet réel : briques frittées MU10 et mortier de ciment M5.0. Les poutres supérieures et inférieures sont en béton C20. Le PRFC renforcé est un tissu en fibre de carbone haute résistance de classe II. Les propriétés mécaniques de chaque matériau sont présentées dans les tableaux 2 et 3.

Indice de performance du tissu en fibre de carbone

L'indice de performance de l'adhésif de liaison structurelle

3. Analyse des paramètres

3.1 Influence de la contrainte normale verticale  σ ₀ 

Lorsque le rapport hauteur/largeur et la résistance du mur de maçonnerie sont fixés, les différentes contraintes normales verticales σ 0 influencent la forme de fissuration du mur, la séquence des fissures et la charge de fissuration du mur. Cette section étudie l'effet de différentes contraintes normales verticales sur des murs de maçonnerie renforcés par un tissu de fibre de carbone dans d'autres conditions. Le rapport hauteur/largeur du mur de maçonnerie est de 0,6875 ; la feuille de fibre de carbone est double face et monocouche. Le matériau du mur de maçonnerie est identique à celui du mur de maçonnerie d'essai. Les contraintes normales verticales sont respectivement de 0,5 MPa, 1,0 MPa, 1,5 MPa, 2,0 MPa, 2,5 MPa, 3,0 MPa et 3,5 MPa. Face à la brique d'argile MU10 et au mortier de ciment M5.0, la résistance à la compression est respectivement de 9,5 MPa et 8,7 MPa. Français La formule moyenne pour calculer la résistance à la compression axiale de la brique d'argile est f M = K 1 f alpha 1 (a + 0,07 f 2) K 2, F M = 3,87 MPa. Parmi eux, K 1 est le paramètre lié au type de bloc et au type de maçonnerie. Dans cet article, 0,78 ; K 2 est pris comme coefficient de correction de l'influence de la résistance du mortier. Dans cet article, 1,0 ; A est pris comme paramètre lié au type de bloc et de maçonnerie, et 0,5 est pris comme paramètre dans cet article. Les rapports de contrainte correspondants sont respectivement de 0,129, 0,258, 0,388, 0,517, 0,646, 0,775 et 0,904. Le tableau 7 montre les résultats de contrainte de charge des murs de maçonnerie et du tissu en fibre de carbone sous différentes contraintes verticales.

Les résultats du calcul des différents rapports de contrainte correspondant au mur de maçonnerie avec charge de carbone

Dans d'autres cas, lorsque le rapport de contrainte du mur de maçonnerie augmente, la charge de fissuration du mur de maçonnerie est supérieure à celle du mur de maçonnerie non armé. La charge de fissuration et la charge ultime du mur de maçonnerie ont tendance à augmenter puis à diminuer. La capacité portante du mur de maçonnerie varie peu entre 0,388 et 0,646. Cependant, la contrainte de Mises correspondante reste pratiquement inchangée avant que le rapport de contrainte ne soit inférieur à 0,646. Lorsque le rapport de contrainte est supérieur à 0,646, la contrainte de Mises diminue avec l'augmentation du rapport de contrainte, et l'amplitude de la diminution augmente.

3.2 Influence du rapport largeur/hauteur des murs en maçonnerie

Dans la maçonnerie, les éléments travaillent généralement sous une contrainte combinée de traction, de flexion, de cisaillement, de compression et même de torsion. De nombreuses études d'ingénierie montrent que la capacité de cisaillement et le mode de rupture des murs en maçonnerie sont fortement influencés par le rapport d'aspect. Comme précédemment, cette section étudie l'effet d'un tissu en fibre de carbone avec différents rapports d'aspect sur la contrainte des murs en maçonnerie dans les mêmes conditions. Les rapports d'aspect des modèles sont respectivement de 0,4, 0,6, 0,8, 1,2 et 1,4. La contrainte de charge des murs en maçonnerie et du tissu en fibre de carbone est présentée dans le tableau 8.

Les résultats des calculs de différents rapports hauteur/largeur du mur en maçonnerie correspondant à la charge de carbone

Dans d'autres cas, avec l'augmentation du rapport hauteur/largeur du mur de maçonnerie, la charge de fissuration et la charge ultime diminuent progressivement, tandis que la contrainte de Mises correspondant au tissu de fibres diminue lors de la destruction du mur. Dans la plage de rapport hauteur/largeur de 0,4 à 0,8, la distribution des contraintes du tissu en fibres de carbone est irrégulière ; dans la plage de rapport hauteur/largeur de 0,8 à 1,2, elle est régulière ; dans la plage de rapport hauteur/largeur de 1,2 à 1,4, la distribution des contraintes du mur de maçonnerie présente une distribution typique des contraintes de flexion.

3.3 Tissu en fibres de carbone à couches multiples

En ingénierie pratique, on rencontre souvent le problème de l'absence de conformité d'une seule couche de PRFC. Si la capacité de cisaillement de la structure de maçonnerie d'origine ne peut être augmentée de plus de 40 % par le tissu en fibres de carbone, la structure de maçonnerie peut être renforcée par collage de deux, trois ou plusieurs couches de PRFC. Afin d'étudier l'influence des couches de PRFC sur la capacité portante des murs en maçonnerie, cet article simule différentes couches de PRFC en modifiant leur épaisseur. Les résultats de charge-contrainte de chaque modèle sont présentés dans le tableau 9.

Les résultats de calcul de différentes couches de tissu de carbone correspondant au mur en maçonnerie avec charge de carbone

Dans d'autres cas, le nombre de couches de PRFC a peu d'effet sur la fissuration et la capacité portante ultime des murs en maçonnerie. Parmi ces méthodes, le collage par tissu de carbone simple face présente la plus faible augmentation de la capacité portante par rapport aux autres méthodes de collage. À quantité égale de tissu de fibre de carbone, le collage double face est supérieur à la méthode de collage simple face en termes de contribution à la capacité portante. L'augmentation de la capacité portante ultime des murs en maçonnerie par collage double face, collage double face tricouche et collage double face quadricouche est très faible. Les taux d'augmentation de la charge de fissuration des trois types de murs en maçonnerie sont respectivement de 22,4 %, 23,6 % et 26,3 %. Cependant, la quantité de tissu de fibre de carbone a été multipliée par 2 à 3, et son taux d'utilisation est très faible en termes d'économie.