Experimental and numerical studies of the behavior of reinforced concrete slabs with stirrups subjected to shear : Application to nuclear buildings
Etudes expérimentales et numériques du comportement des dalles épaisses en béton armé avec épingles sous cisaillement : Application aux bâtiments nucléaires
Résumé
This thesis, based on experimentation and numerical modeling aims at a better understanding of the behaviour of reinforced concrete slabs equipped with shear reinforcements, by measuring the effect of stirrups on their shear strength. A bibliographical synthesis was first carried out to highlight the parameters acting on the shear stress through the results of previous work and studies such as the characteristic resistance of concrete in compression, the rate of longitudinal and transverse reinforcements, the shear to span ratio the size of the aggregates and the applying of an axial load. The experimental campaign was then carried out on thirty slabs including 9 slabs without shear reinforcement and 21 slabs with stirrups shared in four series, the first designed to study the global and local shear behaviour, the second to analyze the interaction of the stirrups with the longitudinal reinforcement, the third to study the effect of an axial effort on the shear strength and to check whether there is interference from the shear reinforcement on the behaviour of axial effort and the fourth to study the effect of meshing of aggregates by varying the size of their maximum diameter. The results confirm the shear gain through the adding of stirrups and also their interaction with longitudinal reinforcement and axial compression. Also, the stirrups cancel the effect of increasing the diameter of concrete aggregates. The experimental results are compared with the forecasts based on Eurocode 2, the French national Annex, the Fib Model Code 2010 and the ACI 318-14. The results show that overall the French approach ANF (avg = 1.00, std = 0.08) and the fib Model Code 2010 give very close results of experimental values. The EC2 also gives acceptable results with reasonable security margins. Comparison of the analytical results obtained with the EC2, the ACI 318-14, the Fib Model Code shows that both the ANF is successful; The best average of the "experimental shear strength and the numerical shear strength ratio (1.014) was obtained with the ANF (0.03). The modeling of slabs, using the elastoplastic concrete model with damage through ABAQUS EXPLICIT gives results comparable to the experimental results, not only for the determination of the ultimate load and the maximum shear strength but also for the failure mode which is similar to the experimental one.
Cette thèse, en s’appuyant sur l’expérimentation et la modélisation numérique vise à une meilleure compréhension du comportement des dalles épaisses en béton armé sous sollicitations de cisaillement. Le cas particulier des dalles avec épingles est d’ailleurs spécifiquement étudié et comparé aux dalles sans armatures d’effort tranchant, l’influence de l’effort membrane est également abordé. Une synthèse bibliographique a tout d’abord été effectuée pour mettre en évidence les paramètres agissant sur la contrainte de cisaillement à travers les résultats des travaux et études précédentes comme la résistance caractéristique du béton en compression, le taux d’armatures longitudinales et transversales, et le rapport a/d, la taille des granulats. La campagne expérimentale a ensuite été réalisée sur trente dalles dont 9 dalles sans épingles et 21 dalles avec épingles partagées en quatre séries, la première conçue pour étudier le comportement global et local au cisaillement, la deuxième pour analyser l’interaction des épingles avec les armatures longitudinales, la troisième pour étudier l’effet d’un effort axial sur la résistance au cisaillement et vérifier s’il existe une interférence des aciers d’effort tranchant sur l’effort axial et la quatrième pour étudier l’effet de l’engrènement des granulats en faisant varier la taille de leur diamètre maximal. Les résultats montrent l’augmentation de la résistance au cisaillement grâce aux épingles mais également l’interaction de ceux-ci avec les armatures longitudinales et l’effort de compression. Pour ce qui est de l’influence de l’augmentation du diamètre des granulats, celle-ci est supplantée par les épingles qui remplacent cet effet. Les résultats expérimentaux sont comparés aux prévisions basées sur l’Eurocode 2, l’Annexe Nationale Française, le Fib Model Code 2010 et l’ACI 318-14. Les résultats montrent que globalement l’approche française ANF et le fib Model Code 2010 donnent des résultats très proches des valeurs expérimentales. L’EC2 donne également des résultats acceptables avec des marges de sécurité raisonnable. La comparaison des résultats analytiques obtenus avec l’EC2, l’ACI 318-14, le Fib Model Code montre que l’ANF donnent de bons résultats. La modélisation des dalles, en utilisant le modèle de béton élasto-plastique avec endommagement d’ABAQUS EXPLICIT, donne les meilleurs résultats en comparaison avec la campagne expérimentale, tant pour la détermination de la charge ultime et de l’effort tranchant maximal que pour le mode de rupture qui est similaire au mode de rupture expérimental.
Origine : Version validée par le jury (STAR)