Experimental and Numerical Study of size effect on reinforced concrete structures subjected to shear load
Etude Expérimentale et Numérique de l’effet d’échelle dans les structures en béton armé soumises au cisaillement
Résumé
The shear strength of reinforced concrete elements remains a subject of great interest for the civil engineering structures. During service,most structural elements are subjected to shear and /or punching stresses with an increased risk of brittle failure. Different methods of calculation of shear strengths exist but have considerable discrepancy especially for the structural elements without transverse reinforcement. It is mainly by not taking into consideration all the mechanisms which are involved in the shear behavior. The objective of thisdoctoral thesis is to contribute towards the understanding of the shear force transfer mechanisms in reinforced concrete beams. For this,an experimental campaign is carried out on reinforced concrete beams without transverse reinforcement and of different geometrically similar sizes in order to investigate the size effect on the shear force. The cracking process manifested by thepresence of a diagonal crack is analyzed by two experimental techniques: Digital Image Correlation and Acoustic Emission. By combining the results of the digital image correlation and the strain gauges glued on the longitudinal reinforcement, it is possible to distinguish the contribution of the aggregate interlocking mechanism and the dowel action on the transfer of shear forces. The influence of size effect on each transfer mechanism is analysed by simplified numerical and empirical models based on experimental results at the local scale. The results confirm that the aggregate interlocking mechanism plays a critical role in the contribution to shear strength for reinforced concrete elements without transverse reinforcement. This contribution depends essentially on the kinematic variables (crack opening and sliding) and the angle of inclination of the diagonal crack. This mechanism is strongly dependent on the size of the element and the shape of the crack.
La résistance au cisaillement des éléments en béton armé reste un sujet d'un grand intérêt pour l'ingénierie des structures civiles. En service, la plupart des éléments structuraux sont soumis à des sollicitations de cisaillement et/ou de poinçonnement avec un risque accru de rupture fragile. Différentes méthodes de calcul des résistances à l’effort tranchant existent, mais présentent des dispersions considérables notamment pour les éléments structuraux non armés transversalement. Ceci est dû principalement à la non-prise en compte de l’ensemble des mécanismes entrant dans le phénomène de cisaillement. L’objectif du présent travail de thèse est de contribuer à la compréhension des mécanismes de transfert de l’effort tranchant dans les poutres en béton armé. Pour cela, une campagne expérimentale est réalisée sur des poutres en béton armé sans armatures transversales et de différentes tailles afin d’étudier l’effet d’échelle sur l’effort tranchant. Le processus de fissuration marqué par la présence d’une fissure diagonale est analysé par deux techniques expérimentales : Corrélation d’images numériques et l’émission acoustique. Par la combinaison des résultats de la corrélation d'images et les jauges de déformations collées sur les armatures longitudinales, il est possible de distinguer la contribution du mécanisme d’engrènement des granulats et de l'action d’effet de goujon. L’influence de l’effet d’échelle sur chaque mécanisme de transfert est analysée par des modèles numériques et empiriques simplifiés en se basant sur les résultats expérimentaux à l’échelle locale. Les résultats confirment que l’engrènement des granulats joue un rôle décisif dans la contribution à la résistance de cisaillement pour les éléments en béton armé sans armatures transversales. Cette contribution dépend essentiellement des variables cinématiques(ouverture de fissure et glissement) et l’angle d’inclinaison de la fissure diagonale. Ce mécanisme est très dépendant de la taille de l’élément et de la forme de la fissure.
Origine : Version validée par le jury (STAR)