Comportement de joints de chevauchement en BFUP

«RÉSUMÉ: Face aux défis croissants de la construction de ponts, la Construction Accélérée de Ponts (CAP) émerge comme une solution prometteuse. Cette approche innovante repose sur la préfabrication en usine des éléments structuraux du pont, suivie d'un assemblage sur site. La CAP offre de multiples avantages : réduction des délais de construction, meilleure qualité et durabilité des ouvrages, meilleure maîtrise des coûts. Un élément clé de la CAP réside dans l'utilisation de matériaux de pointe tels que le Béton Fibré à Ultra-hautes Performances (BFUP). Ce matériau offre des propriétés remarquables en termes de résistance et de durabilité. Cependant, pour être utilisé couramment dans la construction d’ouvrages, il est nécessaire de développer de nouveaux critères de conception pour les connexions en BFUP pour le chevauchement des armatures entre ces éléments préfabriqués. Ce projet de recherche s'intéresse aux propriétés d'ancrage des barres d'armature dans le BFUP. Une campagne expérimentale a été menée pour évaluer l'influence de divers paramètres sur le comportement d'ancrage. Afin d'observer les modes de rupture en traction du BFUP, des armatures faites d'acier haute résistance A1035 ont été utilisées, disponibles seulement en dimensions américaines. Une première série d’essais constituée de huit spécimens d’essai d’Ancrage à Traction Direct (ATD) a été réalisée avec des barres d'armature A1035 No. 10 visant à étudier les variables d’enrobage extérieur et intérieur, ainsi que l'effet des armatures transversales. Une deuxième série d’essais constituée de six spécimens de plus petites dimensions a été réalisée avec des barres A1035 No. 5 et 15M 400W visant à étudier, la longueur d’ancrage, l’effet d’échelle ainsi que l'effet de la plastification de la barre ancrée sur la capacité d'ancrage. La plupart des spécimens ont présenté des ruptures par fendage perpendiculaire aux barres. Des contraintes en traction supérieures à 600 MPa ont été atteintes dans la plupart des configurations. La contrainte maximale augmente avec l'augmentation de l'enrobage extérieur et la diminution de l'espacement entre les barres. La présence d'armatures transversales accroît significativement la contrainte maximale (environ 25% d'augmentation). Pour les spécimens de plus petite taille, la capacité maximale augmente avec la longueur d'ancrage. L'effet de la plastification des armatures est à prendre en compte, les performances des spécimens avec des barres 400W étant inférieures. Un effet d'échelle a été observé, favorisant les spécimens de petites dimensions. En complément de l'étude expérimentale, une analyse numérique a été menée afin d'approfondir la compréhension du comportement d'ancrage des barres d'armature dans le BFUP. Cette étude s'est basée sur l'échelle de la crénelure et a été réalisée avec le logiciel Abaqus/Explicit et du modèle constitutif EPM3D. Afin de prendre en compte l'orientation des fibres dans les modèles numériques ATD, des bandes faibles ont été introduites dans les zones où l'orientation des fibres était défavorable aux efforts de traction exercés. Le modèle a été calibré en s'appuyant sur les résultats d'un spécimen issu du programme expérimental. La validation a ensuite été effectuée en comparant les prédictions du modèle aux résultats obtenus pour l'ensemble des autres spécimens ATD. Pour les spécimens avec des barres A1035, le modèle a reproduit avec une remarquable précision le comportement observé expérimentalement. En revanche, des divergences significatives ont été mises en évidence entre les prédictions du modèle numérique et les résultats expérimentaux pour les spécimens avec des barres 400W. Ces observations indiquent les limites du modèle actuel pour reproduire fidèlement le comportement de ces barres dans le BFUP après plastification.»

Abstract

«ABSTRACT:In response to the increasing challenges in bridge construction, Accelerated Bridge Construction (ABC) is emerging as a promising solution. This innovative approach is based on the prefabrication of bridge structural elements in factories, followed by assembly on site. ABC offers multiple advantages: reduced construction times, improved quality and durability of structures, better cost control. A key element of ABC lies in the use of advanced materials like as Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC or UHPC). This material offers remarkable properties in terms of strength and durability. However, for widespread use in construction projects, it is necessary to develop new design criteria for UHPFRC connections of reinforcing bars between these prefabricated elements.

This research project focuses on the anchorage properties of reinforcing bars in UHPFRC. An experimental campaign was conducted to evaluate the influence of various parameters on anchorage behaviour. To observe the tensile failure mechanisms in UHPFRC, A1035 high strength steel was used for most rebars, only available in American sizes. The first series of tests consisting of eight specimens of Direct Tensile Bond (DTB) test with A1035 grade No. 10 rebars aimed to study the variables of outer and inner cover, as well as the effect of transverse reinforcement. A second series of tests consisting of six smaller specimens were tested with A1035 grade No. 5 and 15M 400W rebars to study anchorage length, scale effect, and the effect of bar yielding on anchorage capacity. Most specimens exhibited failures by splitting perpendicular to the bars. Tensile stresses exceeding 600 MPa were achieved in most configurations. The maximum stress increases with increasing outer cover and decreasing bar spacing. The presence of transverse reinforcement significantly increases the maximum stress (about 25% increase). For smaller specimens, the maximum capacity increases with anchorage length. The effect of bar yielding must be considered, with the performance of specimens with 400W bars being lower. A scale effect favouring smaller specimens was observed. In addition to the experimental study, a numerical analysis was conducted to further understand the anchorage behaviour of rebars in UHPFRC. This numerical study was carried out at the rib scale and was performed using Abaqus/Explicit software and the EPM3D constitutive model. Fibre orientation was considered in DTB models using weak bands introduced in areas where fibre orientation was known to be detrimental to the tensile strength of UHPFRC. The model was calibrated based on the results of a specimen from the experimental program. Validation was then performed by comparing the model predictions with the results obtained for all other DTB specimens. For specimens with A1035 bars, the model reproduced the observed experimental behaviour with remarkable accuracy. However, significant differences were found between the predictions of the numerical model and experimental results for specimens with 400W bars. These observations indicate the limitations of the current model in accurately reproducing the behaviour of these bars in UHPFRC after yielding.»