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Other titre : Comportement au poinconnement de jonctions dalle-poteau de rive en beton armé de PRFV avec ou aans étriers armatures de cisaillement

dc.contributor.advisorBenmokrane, Brahim
dc.contributor.authorSalama, Ahmedfr
dc.date.accessioned2019-10-30T15:04:17Z
dc.date.available2019-10-30T15:04:17Z
dc.date.created2019fr
dc.date.issued2019-10-30
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11143/16085
dc.description.abstractFlat plates are commonly used in parking garages due to their functional and economic advantages. Slabs in parking garages are susceptible to accelerated deterioration due to harsh environment exposure as diffusion of de-icing salts, which, in turn, causing steel-corrosion problems. The use of Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) bars has yielded a great interest as an innovative solution to overcome such problems. However, flat plate structural system is vulnerable to a type of brittle failure known as a punching-shear failure. This failure exaggerated more in the case of edge slab connections due to the lack of symmetry of the portion of the slab resisting the punching action and relatively large unbalanced moments to be transferred between the slab and column may produce significant shear stresses that increase the likelihood of brittle failure. Experimental and analytical investigations are carried out to examine the punching-shear strength and behavior of reinforced concrete (RC) edge slab-column connections totally reinforced in flexure with GFRP bars. The experimental work included edge slab-column connections without and with GFRP stirrups as shear reinforcement. Nine full-scale connections—one reinforced with steel bars for comparison, five reinforced solely with GFRP bars in flexural, and three reinforced with GFRP bars and stirrups—were constructed and tested to failure under combined vertical shear force and unbalanced moment. All slabs had identical geometries of 2500×1350×200 mm with a 300-mm square column stub protruding 700 mm above and below the slab surfaces. The investigated parameters are: (1) GFRP stirrups type (closed and spiral); (2) stirrups extension (1.75d and 4.25d); (3) flexural reinforcement ratio (1.04% and 1.55%) and type (steel and GFRP); (4) concrete strength (normal and high-strength concretes); and (5) moment-to-shear (M/V) ratios (0.3 m and 0.6 m). The analytical investigation is conducted through two phases. Phase I, focused on design codes assessment and proposing simplified design approaches for connections without and with shear reinforcement, respectively. Assessment of the available punching-shear equations provided by FRP design provisions , ACI 440.1R-15; CSA S806-12; and JSCE-97, is conducted by comparing their predictions against the experimental results for the tested connections and other specimens in the literature. Phase II focused on a 3D non-linear finite element analysis (FEA) using ANSYS software to simulate the behavior of the tested connections with shear reinforcement. Then, a comprehensive parametric study was performed to investigate the key parameters influencing the shear capacity of such connections. The test results revealed that the final mode of connections without shear reinforcement was punching shear failure with no signs of concrete crushing. However, existence of GFRP stirrups shear reinforcement was shown to be essential for significant warning before failure. GFRP stirrups shear reinforcement extended to 4.25d yielded a significant effect in enhancing the shear strength, deformation capacity and leading to mixed flexure/punching shear failure with considerable deformability. High-strength concrete directly enhanced punching-shear capacity, load-deflection response, initial stiffness as well as evidenced fewer and narrower cracks compared to their counterparts constructed with normal-strength concrete. Meanwhile, increasing the M/V ratio for normal and high strength concrete connections evidenced significant punching shear stresses causing reduction in the strength and limits the deformation capacity with subsequent brittle punching shear failure. On the other hand, the numerical results from the FEAs simulation adequately predicted the experimental responses for the tested GFRP edge connections with and without shear reinforcement and confirm the accuracy of the finite element model. Based on the results, a simplified design approach is proposed to estimate the punching capacity for GFRP-reinforced edge connections with shear stirrups. The model yielded good yet conservative predictions with respect to the experimental results as well as the available results in the literature. The recommendations presented herein may support the work of the North American technical committees engaged in the development of standards and design provisions for GFRP-RC slab-column connections columns subjected to combined vertical load and unbalanced moment.fr
dc.description.abstractLes planchers-dalles ou dalles pleines sur poteaux sont couramment utilisés dans les stationnements en raison de leurs avantages fonctionnels et économiques. Les dalles de stationnements sont exposées à la dégradation accélérée due à l'exposition aux environnements rigoureux, comme la diffusion de sels de déverglaçage qui provoque des problèmes de corrosion de l'acier. L'utilisation de barres en polymère renforcé de fibres de verre (PRFV) a suscité un grand intérêt en tant que solution innovante pour résoudre de tels problèmes. Cependant, le système planchers-dalles est vulnérable à un type de rupture fragile appelée rupture par poinçonnement. Cette défaillance est encore plus amplifiée dans le cas des jonctions dalle-poteau de rive en raison de l’absence de symétrie de la partie de la dalle résistant au poinçonnement et des moments de transfert ou moments non équilibrés relativement importants à transférer entre la dalle et le poteau, pouvant produire des contraintes de cisaillement importantes, augmentant ainsi la probabilité de rupture fragile. Des études expérimentales et analytiques sont effectuées pour examiner la résistance au poinçonnement et le comportement des jonctions dalle-poteau de rive en béton armé, totalement renforcés en flexion avec des barres d’armature en PRFV. Le travail expérimental comprend des jonctions dalle-poteau de rive sans et avec des étriers en PRFV comme armature de cisaillement. Neuf (9) jonctions pleine grandeur (une jonction avec des barres d’armature en acier à des fins de comparaison, cinq jonctions avec uniquement des barres d’armature en flexion en PRFV et trois jonctions avec des barres et des étriers en PRFV) ont été fabriquées et testées jusqu'à la rupture sous une combinaison d’effort de cisaillement vertical et d’un moment non équilibré. Toutes les dalles avaient une géométrie identique de 2500 × 1350 × 200 mm avec un poteau de section carré de 300 mm de côté et ayant une saillie de 700 mm au-dessus et au-dessous des surfaces de la dalle. Les paramètres étudiés sont les suivants : (1) le type d'étrier en PRFV (fermé et en spirale) (2) – la longueur de prolongement des étriers (1,75d et 4,25d) (3) le taux d’armature en flexion (1,04 % et 1,55 %) et leur type (acier et PRFV) (4) la résistance en compression du béton (béton de résistance normale et béton à haute résistance) ; et (5) les rapports moment/cisaillement (M/V) (0,3 m et 0,6 m). L'étude analytique a été réalisée en deux phases. La phase I comportait l’évaluation des codes de conception et la proposition de méthodes de calcul simplifiées pour les jonctions sans et avec armatures de cisaillement. L'évaluation des équations de poinçonnement disponibles dans les dispositions de conception à l’aide des PRF, ACI 440.1R-15; CSA S806-12; and JSCE-97, est effectuée en comparant leurs prévisions aux résultats expérimentaux des jonctions testées et d’autres spécimens dans la littérature. La phase II s'est concentrée sur une analyse 3D non linéaire par éléments finis (FEA) à l’aide du logiciel ANSYS pour simuler le comportement des jonctions testées. Ensuite, une étude paramétrique complète a été réalisée pour étudier les paramètres clés influençant la résistance au cisaillement de telles jonctions. Les résultats des essais ont montré que le dernier mode de jonction avec et sans armatures de cisaillement était la rupture par poinçonnement sans aucun signe d’écrasement du béton ou de rupture par glissement des barres d’armature. Cependant, la présence d’armatures de cisaillement constituées d’étriers en PRFV s'est avérée être un signe avant-coureur d’une rupture. Les armatures de cisaillement constituées d’étriers en PRFV prolongés de 4,25d ont eu un effet significatif sur l'amélioration de la résistance au cisaillement, sur la capacité de déformation et ont conduit à un mode de rupture par poinçonnement adouci, avec une déformabilité considérable. Le béton à haute résistance a directement contribué à améliorer la résistance au poinçonnement, la réponse charge-flèche, la rigidité initiale avec des fissures moins nombreuses et plus étroites par rapport aux spécimens construits avec du béton de résistance normale. Entre-temps, l’augmentation du rapport M/V pour les jonctions en béton normal et en béton à haute résistance s’est traduite par des contraintes de poinçonnement importantes, entraînant une réduction de la résistance et une limitation de la capacité de déformation, avec une rupture par poinçonnement fragile. D'autre part, les résultats numériques de la simulation par éléments finis ont permis de prédire de manière adéquate les réponses expérimentales pour les jonctions de rive en PRFV testées avec et sans armatures de cisaillement et de confirmer la précision du modèle par éléments finis. Sur la base des résultats, deux méthodes simplifiées de calcul sont proposées pour estimer la résistance au poinçonnement des jonctions de rive avec et sans étriers de cisaillement en PRFV. Les modèles ont montré de bonnes prédictions, mais prudentes par rapport aux résultats expérimentaux et aux résultats disponibles dans la littérature. Les recommandations présentées dans le présent document peuvent soutenir les travaux des comités techniques nord-américains chargés de l’élaboration des normes et des dispositions de conception des jonctions dalle-poteau en béton armé de PRFV soumises à une charge verticale et à un moment non équilibré.fr
dc.language.isoengfr
dc.publisherUniversité de Sherbrookefr
dc.rights© Ahmed Salamafr
dc.subjectJonctions dalle-poteau de rivefr
dc.subjectPoinçonnementfr
dc.subjectMoment non équilibréfr
dc.subjectBarres de PRFVfr
dc.subjectÉtriersfr
dc.subjectArmatures de cisaillementfr
dc.subjectBéton à haute résistancefr
dc.subjectFEMfr
dc.subjectCodes de conceptionfr
dc.subjectRésistance au cisaillementfr
dc.subjectEdge slab-column connectionsfr
dc.subjectPunching shearfr
dc.subjectUnbalanced momentfr
dc.subjectGFRP barsfr
dc.subjectStirrupsfr
dc.subjectShear reinforcementfr
dc.subjectDesign codesfr
dc.subjectHigh strength concretefr
dc.subjectShear strengthfr
dc.titlePunching shear behavior Of GFRP-RC edge slab column connections with and without shear stirrups reinforcementfr
dc.title.alternativeComportement au poinconnement de jonctions dalle-poteau de rive en beton armé de PRFV avec ou aans étriers armatures de cisaillementfr
dc.typeThèsefr
tme.degree.disciplineGénie civilfr
tme.degree.grantorFaculté de géniefr
tme.degree.levelDoctoratfr
tme.degree.namePh.D.fr


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