Structural Behaviour of Cast-in-Place and Precast Concrete Barriers Anchored to Bridge Deck Overhangs and Subjected to Transverse Static Loading

Au Canada et aux États-Unis la majorité des nouveaux dispositifs de sécurités des ponts sont faits des parapets de béton coulé en place. Ce genre de parapets répond bien aux critères de performance recherchés pour la sécurité, soit maintenir sur le pont et bien rediriger les véhicules afin d'éviter qu'ils sortent de la chaussée. Cependant, les parapets sont coulés directement sur la dalle déjà durcie, ce qui restreint les déformations dues au retrait et aux variations thermiques. Ceci engendre la formation des fissures au jeune âge qui accélère la dégradation de parapets et diminue leur durabilité. De plus, la construction de parapets coulés en place constitue une étape qui ralentit la mise en service dû aux opérations de pose d'armatures et de mûrissement du béton. Ceci est particulièrement coûteux pour le remplacement de parapets sur les ponts existants. Pour rectifier ces problématiques de durabilité et de vitesse de construction, l'École Polytechnique de Montréal a mis au point des parapets préfabriqués en béton à haute performance renforcé de fibres métalliques (BHPRF). Les parapets préfabriqués ainsi développés permettent d'une part, d'augmenter la qualité de construction et d'éliminer la problématique de durabilité associée à la formation des fissures au jeune âge. D'autre part, les BHPRF utilisés ont une résistance à l'ouverture des fissures améliorée et une microstructure plus dense, ce qui ralentit la pénétration et diffusion des chlorures dans le béton. Enfin, les parapets préfabriqués permettent de réduire le temps d'installation et accélérer la réparation des ponts. L'obtention d'une performance mécanique adéquate pour le niveau de performance 2 (PL-2) avec des parapets préfabriqués en BHPRF a été démontrée dans des projets antérieurs réalisés à l'École Polytechnique. Cependant, la performance de l'ensemble parapet et dalle de tablier en porte-à-faux n'avait pas été évaluée. Ce projet de recherche a étudié le comportement mécanique de trois ensembles parapet et dalle en porte-à-faux de 6 m de longueur soumis à un chargement statique transversal appliqué sur les parapets visant à reproduire les forces d'impacts de véhicules. Les parapets avaient les configurations suivantes : un parapet continu coulé-en-place typique des constructions faites au Québec, et deux configurations de trois parapets préfabriqués avec niche de liaisonnement avec la dalle coulée en place, une configuration sans liaison entre les parapets et une configuration avec clés de cisaillement entre les parapets. Le comportement de chacune de ces configurations ont été analysés et comparés.

Abstract

In Canada and the United States the majority of new longitudinal bridge barriers are made with cast-in-place concrete barriers. These barriers adequately meet the safety performance criteria to contain and redirect errant vehicles. However, the barriers are cast directly onto the hardened deck and the restrained barrier movements due to shrinkage and thermal effects cause early-age cracking. The early-age cracking accelerates barrier deterioration and decreases their durability. Furthermore, between the rebar placement, formwork assembly, and concrete curing, the installation of cast-in-place barriers is a lengthy process delaying the operational readiness of bridges. The time costs are particularly high during barrier repair and replacement work on existing bridges. In order to resolve these problems, Polytechnique Montreal has been developing a new design of precast bridge barriers made from high-performance steel fibre reinforced concrete (HPFRC). Precasting improves fabrication quality and solves the problem of early-age cracking. In addition, the HPFRC has an increased resistance to crack openings and a denser concrete microstructure, which prevents the penetration and diffusion of harmful chlorides in the concrete. Finally, well-conceived precast barriers reduces installation and repair time of the bridge barriers. The mechanical performance of the HPFRC precast barriers was shown to exceed performance level 2 (PL-2) design criteria in recent projects carried out at Polytechnique Montreal. However, the overall performance of the precast barriers anchored to bridge deck overhangs was not been evaluated. In this research project, the mechanical behaviour of three different barrier configurations subjected to transverse static loading and anchored to identical 6 m long bridge decks with 1 m overhang lengths was evaluated. The following barrier configurations were considered: a typical cast-in-place barrier used in Quebec, and two arrangements of three precast barriers with a cast-in-place connection to the deck, in one the precast barriers were placed side-by-side independently, and in the other shear keys were added between the adjacent precast barriers. The behaviour of the three bridge decks were then analysed and compared.