Design of Precast and Prestressed Steel Fibre Reinforced Concrete T-Girders

Les écarts de température significatifs, l'utilisation massive de sels de déglaçage et le volume de trafic croissant mettent à l'épreuve durement les structures en béton, amenant des coûts importants pour l'entretien, les réparations ou le remplacement prématuré de celles-ci. L'utilisation des seules barres d'armature ne peut pas empêcher complètement la fissuration des dalles de pont en service, ce qui conduira éventuellement à la détérioration de la structure. Les travaux de recherche menés à l'École Polytechnique de Montréal depuis près de 20 ans impliquant l'utilisation de fibres d'acier dans le béton permet à la fois d'améliorer la durabilité des ponts et d'en simplifier la conception. Ce mémoire présente le développement d'un nouveau type de tablier de pont entièrement préfabriqué. Le type de tablier choisi consiste en des poutres en T ou en double T en béton renforcé de fibres (BRF), précontraintes longitudinalement, et jointent entre elles par des joints longitudinaux en béton fibré à ultra-haute performance (BFUP). Ce type de poutres vise des ouvrages couvrant une plage de portées comprises entre 15 m et 30 m. L'utilisation de fibres d'acier permet de réduire l'espacement et la largeur des fissures, tant pour la dalle que pour la partie en traction de la poutre aux états limites de service. De plus les fibres participent à la résistance en cisaillement et augmentent la ductilité en flexion à l'état limite ultime – comme démontré par les analyses numériques et expérimentales réalisées pour ce projet de recherche. Le profil optimisé de la section transversale permet d'utiliser un seul lit de barres d'armature pour la dalle. En outre, la solution étudiée conduira à un meilleur contrôle des caractéristiques mécaniques des matériaux, réduira les coûts d'entretien de la structure et permettra une mise en place plus rapide de la structure.

Abstract

Major thermal variations, the massive use of de-icing salt and the increasing traffic volume strongly strain concrete structures causing high costs for maintenance, repair and eventually their premature replacement. Conventional reinforcement in concrete bridge decks cannot completely prevent cracking at serviceability state which will eventually lead to the structure deterioration. A solution involving the use of steel fibres has been investigated at Polytechnique Montréal for almost 20 years. Steel fibres can both improve the durability and simplify the design of concrete structures. This master thesis presents the pre-design of a new type of bridge deck entirely precast. The deck consists of T or double-T beams made of Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC). Longitudinally prestressed, the beams are transversally connected by ultra-high performance steel fibre reinforced concrete (UHPFRC) joints to span lengths up to 30 m. The addition of steel fibres reduces the extent of cracking and crack widths in service conditions, both for the concrete slab and the beams. As shown in this master thesis, at the ultimate limit state fibres contribute to enhancing the ductility and the shear capacity of concrete structures. The optimized profile of the transverse cross section and the UHPFRC joints connecting the different precast beams permit to use a single layer of reinforcing bars in the slab. The retained solution would lead to a better control of the casting process, lower costs for the structure maintenance and reduced construction time.