Étude sur le renforcement sismique des plaques en PRFC

1 polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC) pour renforcer le cadre

La structure à ossature en béton armé est devenue l'une des structures les plus courantes en Chine. Elle a démontré une bonne résistance sismique lors de nombreux tremblements de terre, garanti la sécurité des personnes et des biens, et joué un rôle important dans la construction économique du pays.

Wang Xinling et ses collègues ont conçu et fabriqué une ossature en béton armé à partir de la structure d'une usine industrielle en béton armé de deux étages. Des feuilles de fibre de carbone ont été collées aux extrémités des poutres, des poteaux et aux joints de l'ossature. Les résultats des essais montrent que l'ossature en béton armé renforcée par des feuilles de PRFC présente une bonne résistance sismique et une bonne capacité de dissipation d'énergie hystérétique.

Après un tremblement de terre, la structure à ossature est considérée comme « réparable ». Un renforcement et une restauration raisonnables permettent d'économiser davantage de main-d'œuvre et de ressources financières qu'une reconstruction par enfoncement. Parallèlement, ils peuvent accélérer le rétablissement et la reconstruction de la zone sinistrée. Afin d'étudier le comportement sismique des ossatures en béton armé renforcées par des feuilles de PRFC après des dommages causés par un tremblement de terre, des chercheurs nationaux ont mené des recherches correspondantes et obtenu des résultats probants. Wang Xinling et ses collègues ont utilisé des feuilles de PRFC pour renforcer les structures à ossature en béton armé endommagées. La séquence et l'emplacement des fissures et des rotules plastiques sous les plaques de PRFC ont été analysés. Les résultats montrent que le mécanisme de dissipation d'énergie est un « mécanisme mixte de plastification des extrémités de poutre, de moulage et de forgeage ». Il est suggéré d'utiliser des plaques de PRFC pour renforcer l'ossature des poteaux et des fondations. L'origine du problème. Considérant que le degré d'endommagement de la structure en béton endommagé a peu d'influence sur la structure renforcée, Wang Xinling et ses collaborateurs ont réalisé des essais pseudo-statiques sur trois ossatures. Parmi elles, deux ossatures sont pré-endommagées, pré-endommagées par la fissuration des sections et la plastification des barres d'acier, et renforcées par du PRFC sans décharge. Les résultats montrent qu'avec l'augmentation du degré d'endommagement, la largeur maximale des fissures et le retard de déformation de l'ossature renforcée par du PRFC augmentent. De manière générale, l'ossature en béton armé renforcée par du PRFC présente de bonnes performances sismiques sous différents degrés d'endommagement. Zheng Qizhen et ses collaborateurs ont conçu et fabriqué trois éprouvettes d'ossature en béton armé d'un seul étage. Des essais de chargement cyclique à faible cycle ont été réalisés pour comparer l'ossature intacte, l'ossature renforcée par du PRFC et l'ossature endommagée renforcée directement. Les résultats montrent que le cadre renforcé en PRFC peut améliorer efficacement les performances mécaniques et la capacité sismique, et peut améliorer la résistance à l'effondrement de la structure.

2 joints de renfort en feuille de fibre de carbone

L'assemblage de cadre est un élément indispensable de toute structure en béton armé, jouant un rôle important dans la transmission et la répartition des efforts internes. L'étude des catastrophes post-sismiques montre que, malgré le respect des principes « nœuds forts et éléments faibles » et « poteaux forts et poutres faibles », les modes de rupture des assemblages se manifestent par une rupture en compression et en flexion aux extrémités des poteaux, une rupture en flexion aux extrémités des poutres et une rupture en cisaillement au niveau du noyau. Le renforcement des assemblages est donc essentiel pour améliorer la performance sismique de l'ensemble de la structure.

Luzhou Dao et al. ont étudié le comportement sismique d'assemblages poutre-dalle-poteau en béton armé PRFC. Ils ont constaté que la capacité portante ultime et la performance sismique des assemblages ont été considérablement améliorées après renforcement, et que les indices de performance ont atteint et dépassé les exigences de la norme sismique existante. Quatre assemblages poutre-poteau en grandeur réelle (dont deux renforcés en PRFC) ont été testés sous faible charge cyclique. Les résultats montrent que le comportement sismique des joints renforcés par des PRFC peut être significativement amélioré. Wu Bo et al. ont comparé l'effet de différentes méthodes de renforcement et analysé le mécanisme de renforcement correspondant à travers des essais de performance sismique de trois points de renforcement en PRFC et d'un joint comparatif. Sur la base de ces essais, la méthode de calcul de la capacité de cisaillement des joints de charpente en béton armé renforcés par des plaques en PRFC est proposée. Xian Qiaoling et al. ont proposé une nouvelle méthode de renforcement des joints intermédiaires de charpentes planes et de charpentes spatiales avec du PRFC, et en ont vérifié l'efficacité. Sur la base des résultats des essais, des méthodes de conception et des suggestions pour le renforcement des joints sont proposées. Peng Shuquan et d'autres chercheurs ont étudié le comportement sismique des joints de charpente renforcés par de l'acier collé et du PRFC. Les résultats montrent que l'acier collé peut clairement améliorer la capacité de cisaillement des joints intermédiaires, et que le PRFC peut effectivement améliorer la performance sismique de ces derniers.

3 Colonne en polymère renforcé de fibres de carbone

Le poteau en béton armé est l'élément de résistance latérale de toute structure. Soumis à un tremblement de terre, l'effondrement d'un poteau porteur peut entraîner l'effondrement de l'ensemble du bâtiment et représenter une menace sérieuse pour la sécurité des personnes et des biens. Par conséquent, lorsque la capacité sismique du poteau ne répond pas aux exigences de la norme, il doit être renforcé pour répondre aux exigences d'utilisation.

Lu Yiyan et al. ont proposé une nouvelle méthode de renforcement des poteaux en béton armé. Un programme d'analyse complet du processus de renforcement des poteaux en béton armé par des aciers enrobés de PRFC a été élaboré. L'influence du taux de compression axiale, du dosage du PRFC et du dosage des cornières sur l'effet de renforcement a été étudiée. Yang Jian a réalisé une étude expérimentale et une simulation numérique de poteaux en béton armé de PRFC, a analysé le mécanisme de confinement des poteaux en béton armé de PRFC et l'effet de renforcement des poteaux en béton défectueux. Wang Jialei et al. ont étudié le comportement sismique de poteaux en béton armé renforcés par des plaques de PRFC. Afin d'améliorer le renforcement sismique de la structure des poteaux de forme spéciale, Zhou Mingjie et ses collègues ont adopté trois méthodes : l'adhérence de plaques d'acier, l'adhérence de tissus en fibres de carbone et leur combinaison. Les résultats des essais montrent une amélioration significative de la charge ultime, de la ductilité et de la capacité de dissipation d'énergie sismique des plaques d'acier renforcées avec du PRFC, ainsi qu'une nette amélioration de la ductilité. Le renforcement composite permet non seulement d'améliorer la capacité portante, mais aussi la ductilité, ce qui constitue une méthode de renforcement efficace. Wang Suyan et d'autres chercheurs ont étudié la performance sismique de poteaux carrés en béton haute résistance renforcés par des tissus en PRFC transversaux et en PRFC de type L. Les résultats montrent une amélioration significative de la performance sismique des poteaux renforcés par les deux méthodes. Parmi eux, les spécimens avec combinaison latérale de tissus en PRFC de type L présentent une meilleure performance sismique. Afin de trouver une méthode efficace pour renforcer les poteaux en béton armé endommagés, la performance sismique de trois poteaux en béton armé endommagés renforcés avec du PRFC et d'un poteau comparatif sous chargement horizontal répété à faible cycle a été étudiée. Les principaux paramètres de l’étude étaient le taux de compression axiale et la largeur de pré-fissure.

Conclusion

Bien que le PRFC ait apporté de nombreux progrès dans le renforcement des ossatures, des joints et des poteaux, il présente encore des défauts et des insuffisances.

(1) Avec la popularisation et l'application des structures de forme spéciale, le renforcement de ces structures par le PRFC se posera à l'avenir. La manière de garantir un bon effet de renforcement du PRFC reste limitée, et des analyses théoriques et des recherches expérimentales plus approfondies sont nécessaires.

(2) L'adhésif structural utilisé pour le collage des plaques de PRFC n'est pas thermorésistant. Bien qu'un traitement anti-incendie soit requis par la réglementation, en pratique, le colloïde thermique de l'adhésif structural sera détruit, ce qui entraînera un renforcement inefficace des plaques de PRFC. Par conséquent, les recherches futures devront se concentrer sur le maintien de l'effet de renforcement du PRFC en cas d'incendie.

(3) L'indice d'endommagement n'est pas clair, et le nombre de plaques de PRFC pouvant être utilisées pour renforcer le degré d'endommagement afin d'obtenir un renforcement optimal est une question encore mal connue, mais qui devra être résolue ultérieurement.