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Other titre : Étude théorique et analyse non-linière par éléments finis pour la conception de colonnes en béton armé confinées à l’aide de tube en PRF

dc.contributor.advisorMasmoudi, Radhouane
dc.contributor.advisorMohamed, Hamdy
dc.contributor.advisorMoussa, Ahmed
dc.contributor.authorAbdallah,Maha Mohamed Husseinfr
dc.date.accessioned2018-07-24T17:58:21Z
dc.date.available2018-07-24T17:58:21Z
dc.date.created2018fr
dc.date.issued2018-07-24
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11143/12985
dc.description.abstractLes matériaux composites en polymères renforcés de fibres (PRF) ont été utilisés largement dans le domaine de la construction en génie civil, particulièrement pour les structures exposées à un environnement corrosif. L'utilisation des tubes en polymères renforcés de fibres (PRF) est une technique innovante pour les éléments de structures en béton armé tels que les colonnes, les piliers et les poutres, où les tubes en PRF sont utilisés comme coffrage permanent. Des recherches précédentes ont été effectuées pour comprendre le comportement des colonnes (CFFT) sous chargement axial mais il existe très peu de données concernant le comportement des colonnes en béton armé et renforcées de tubes en PRF sous chargement excentrique. Cette thèse présente des données expérimentales, une analyse théorique approfondie et des recommandations de conception pour colonnes cylindriques CFFT armées de barres d'acier ou de barres en polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP). Les colonnes CFFT ont été testées sous un chargement monotone avec différents niveaux d'excentricité. Le rapport d'excentricité (e / D), et le type d'armature longitudinale (barre CFRP versus barre en acier) sont considérés comme des variables pour tous les essais effectués. Le diamètre et la hauteur de chaque spécimen sont égaux à 152mm, 912mm respectivement. L'angle d'orientation des fibres du tube a été principalement dans la direction circonférentielle (± 60 degrés par rapport à l'axe longitudinal). Six barres d'armature (acier ou CFRP) ont été utilisées et sont réparties uniformément dans chaque échantillon. Les résultats de cette étude ont révélé que les échantillons armées avec des barres en PRFC se comportent de manière très similaire aux échantillons armés de barres en acier et atteignent, à toute fin pratique, les mêmes résistances axiales. Le mode de rupture des échantillons de CFFT a été dominé par l'instabilité globale des colonnes ainsi que par la combinaison de la rupture en traction du tube en PRF et des barres en PRFC ou en acier. Les résultats expérimentaux de la déformation ont montré que les barres de PRFC développent des déformations élevées sur les côtés de compression (Valeur maximale en compression -5000 lm) et de traction (Valeur maximale en traction 10,400 gE), ainsi les barres PRFC résistent mieux aux contraintes de la traction et de la compression. En outre, la contrainte de traction longitudinale maximale enregistrée dans le tube en PRF est considérée comme étant une contrainte faible par rapport à celle enregistrée dans la direction circonférentielle du tube en PRF. D'après les résultats expérimentaux enregistrés, le confinement induit par le tube en PRF est moins important dans le cas d'une colonne sous charge excentrée. Des diagrammes expérimentaux d'interaction charge axiale-moment ont été présentés pour déterminer l'enveloppe de rupture des échantillons CFFT armées de barres en acier ou de barres en PRFC. De plus, une analyse théorique a été développée pour calculer les résistances des colonnes CFFT soumises à un chargement excentrique. Une comparaison avec les résultats expérimentaux a été effectuée. Aussi, une analyse théorique basée sur l'approche couche par couche a été développée pour prédire la réponse moment versus courbure des colonnes CFFT armées de barres en acier ou de barres en PRFC. Ces résultats ont été comparés aux résultats expérimentaux des courbes de moment-courbure. Il a été conclu que quelques soient le type d'armature (acier versus PRFC) pour les colonnes CFFT et la valeur de l'excentricité, le comportement moment-courbure de tous les échantillons est non linéaire. Par ailleurs, une étude approfondie a été effectuée sur la rigidité en flexion (El) effective des colonnes CFFT. Cette étude est basée sur une étude paramétrique expérimentale et une simulation théorique. Les équations proposées ont été développées et validées par rapport aux résultats expérimentaux afin de représenter la rigidité des colonnes CFFT armées de barres en acier ou de barres en FRPC. Ces équations sont établies pour deux états-limites : les états-limites de service et les états-limites ultimes. Aussi, une formule précise pour la prédiction du taux d'élancement pour contrôler le mode de rupture par flambement pour les colonnes CFFT armées de barres en PRFC a été proposée. Il a été établi qu'un taux d'élancement égal à 14 présente une valeur sécuritaire pour la conception de ces colonnes CFFT en béton armé. Enfin, un modèle non-linéaire par éléments finis utilisant le logiciel ABAQUS a été développé et présenté sur la base d'un modèle de béton confiné « Lam et Teng» prenant en considération la non- linéarité matérielle et géométrique des colonnes CFFT. Ce modèle permet de fournir un aperçu sur le comportement de la structure et du mécanisme de rupture des colonnes CFFT.fr
dc.description.abstractAbstract: Fibre-reinforced polymer (FRP) composite materials have been extensively used in the field of civil engineering construction, especially in structures subjected to corrosive environments. One of the innovative techniques for using FRP is the FRP tubes which can be used as structurally integrated stay-in-place forms for concrete members as columns, piles, piers and beams. Extensive research was carried out to understand the behavior of concrete-filled FRP tube (CFFT) columns under axial loading, but comparatively limited research was conducted on the reinforced CFFT columns under eccentric loading. This thesis aims to provide experimental work as well as extensive theoretical analysis and design recommendations of circular CFFT columns reinforced with steel bars or carbon fibre reinforced polymer (CFRP) bars. CFFT columns were tested under monotonic loading with different levels of eccentricity. Test variables included the eccentricity to diameter ratio (e/D) and reinforcement type (CFRP bars vs steel). All specimens measured 152 mm in diameter and 912 mm height. The tubes used is basically filament wound glass fibre reinforced polymer tube (GFRP) with a core diameter of 152 mm and a wall thickness of 2.65 mm (6 layers). The fibre orientation of the tube was mainly in the hoop direction (± 60 degree with respect to the longitudinal axis). Six reinforcing bars (steel or CFRP) were used and distributed uniformly in each specimen. Test results indicate that specimens with CFRP reinforcement (CFRP-CFFT) behaved very similar to their steel counterparts with nearly the same nominal axial forces. Failure of CFFT columns was dominant by overall instability of the columns along with the combination of tensile rupture of FRP tube and CFRP bars or steel yielding. Experimental strain results revealed that the CFRP bars developed high strains on the compression and tension sides, thus CFRP bars contribution was considered effective in resisting tensile and compressive stresses. In addition, the maximum tensile strain reached in the GFRP tube was considered low when compared to the GFRP hoop strain, thus, it was concluded that the confinement induced by the GFRP tube become less significant in the case of eccentrically loaded column. Experimental axial-moment interaction diagrams were presented to indicate the failure envelope of steel and CFRP reinforced CFFT columns. Moreover, a theoretical model was developed to indicate the axial-moment capacities of steel and CFRP reinforced CFFT columns using plane sectional analysis and compared to the experimental results counterparts. Theoretical sectional analysis based on layer by layer approach was developed to predict the moment-curvature response for steel and CFRP- reinforced CFFT columns. These results were compared to the experimental moment-curvature curves and it was clear that regardless of the type of reinforcement and value of eccentricity, all specimens exhibit non-linear moment curvature behavior. An extensive study was conducted on the effective flexural stiffness of CFFT columns, on the basis of experimental parametric study and theoretical simulation. Proposed equations were developed and validated against the experimental results to represent the stiffness of steel and CFRP- CFFT circular columns at service and ultimate loads. Moreover, a theoretical investigation was conducted to propose a more precise formula for the critical slenderness limit to control the buckling mode of failure of FRP-reinforced CFFT columns. It was found that the critical slenderness limit of 14 could be used as a safe value for practical design purposes. The theoretical analysis in this research was carried out using excel. Finally, a nonlinear finite element model using ABAQUS software was presented based on Lam and Teng confined concrete model considering material and geometric nonlinearities of CFFT columns. This model aims to provide insight on the structure behavior and failure mechanism of CFFT columns.fr
dc.language.isoengfr
dc.publisherUniversité de Sherbrookefr
dc.rights© Maha Mohamed Hussein Abdallahfr
dc.subjectFRP barsfr
dc.subjectFRP tubesfr
dc.subjectColumnsfr
dc.subjectEccentricityfr
dc.subjectFailurefr
dc.subjectSectional Analysisfr
dc.subjectCurvaturefr
dc.subjectBucklingfr
dc.subjectFinite elementfr
dc.subjectConcretefr
dc.subjectStiffnessfr
dc.titleTheoretical investigation and non-linear finite element analysis toward designing reinforced concrete filled frp-tube columnsfr
dc.title.alternativeÉtude théorique et analyse non-linière par éléments finis pour la conception de colonnes en béton armé confinées à l’aide de tube en PRFfr
dc.typeThèsefr
tme.degree.disciplineGénie civilfr
tme.degree.grantorFaculté de géniefr
tme.degree.grantotherHelwan Universityfr
tme.degree.levelDoctoratfr
tme.degree.namePh.D.fr


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