Étude du comportement de colonnes en béton à haute résistance armé d’armature longitudinale et latérale en matériaux composites de PRFV et PRFB soumises à des charges axiales et de flexion

Fiber-reinforced-polymer (FRP) bars are considered as alternative to steel bars to avoid corrosion problems and ensure that structures lave long service lives. Using high-strength concrete (HSC) with glass-fiber-reinforced polymer (GFRP) and basalt-fiber-reinforced polymer (BFRP) as internal reinforcement can allow designers to reduce member size and increase the structure’s life span. Given HSC’s brittle nature, its use-especially in columns-should be investigated to prevent undesirable brittle failure. This research takes charge of providing experimental database as well as comparing the results with normal strength concrete (NSC) columns with similar dimensions tested in the literature. The main objective of this research is to investigate the structural performance of HSC columns reinforced with FRP under eccentric loading. Full-scale columns were tested under monotonic loading with different levels of eccentricity. Test variables included eccentricity to depth ratio; reinforcement type (GFRP and Basalt FRP vs. steel); concrete strength (HSC vs NSC) and longitudinal reinforcement ratio. All specimens measured 400 × 400 mm square cross section and 2000 mm height. The experimental results are reported in terms of axial load-deflection behavior, mode of failure, maximum tensile and compressive strains developed in rebars and moment-curvature. The test results showed that HSC can be effectively integrated with both GFRP and BFRP reinforcement with HSC and the specimens reached their peak strength with no damage to GFRP or BFRP rebar on either side of the tested specimens. Using HSC allowed the columns to reach higher peak load and develop higher tensile strain in the rebars compared to columns made with NSC. Columns reinforced with GFRP or BFRP behaved in a similar manner at all the tested levels of eccentricity. The failure of FRPRC columns were classified into three different zones depending on the curvature achieved at the peak load. Moreover, an analytical model has been developed by using a layer-by-layer approach to predict the axial-flexural interaction diagram and the moment-curvature relationship for square FRP-RC columns using different concrete strengths. The model predictions were in a good agreement with the experimental results.Les barres d’armature en polymère renforcé de fibres (PRF) sont considérées comme une alternative aux barres d’armature en acier face aux problèmes de corrosion, afin de garantir aux structures une longue durée de vie utile. L’utilisation de béton à haute résistance (BHR) avec des barres d’armature en polymère renforcé de fibres de verre (PRFV) et en polymère renforcé de fibres de basalte (PRFB) comme armatures internes peut permettre aux concepteurs de réduire la taille des éléments et d’augmenter la durée de vie des structures. Étant donné la fragilité du BHR, son utilisation en particulier dans les poteaux doit être étudiée afin d’éviter une rupture fragile indésirable. Ce projet de recherche a pour objectif de fournir une base de données expérimentales et de comparer les résultats expérimentaux aux résultats de poteaux en béton de résistance normale (BRN), de dimensions similaires rapportés dans la littérature. L’objectif principal de ce projet de recherche est d’étudier les performances structurales de poteaux en BHR armé d’armatures en PRF et soumis à un chargement excentrique. Des poteaux pleine grandeur ont été testés sous chargement monotone avec différentes excentricités. Les paramètres d’essais comprenaient le rapport excentricité/côté, le type d’armature (PRFV, PRFB, acier), la résistance en compression du béton (BHR, BRN) et le taux d’armature longitudinal. Tous les spécimens avaient une section transversale carrée de 400 x 400 mm une hauteur de 2000 mm. Les résultats expérimentaux sont présentés selon le comportement charge axiale – flèche, les modes de rupture, les déformations maximales en traction et en compression développées dans les barres d’armature et la réponse moment-courbure. Les résultats des essais ont montré que le BHR peut être utilisé efficacement avec les armatures en PRFV et en PRFB et que les spécimens ont atteint leur résistance maximale sans endommagement des armatures en PRFV ou en PRFB des deux côtés des spécimens testés. L’utilisation du BHR a permis aux poteaux d’atteindre une charge maximale plus élevée et de développer une déformation en traction plus élevée dans les barres d’armature par rapport aux poteaux fabriqués avec du BRN. Les poteaux avec armatures en PRFV et en PRFB ont eu des comportements similaires pour les mêmes niveaux d’excentricités. La rupture des poteaux en béton armé de PRF a été classée en trois zones différentes en fonction de la courbure correspondante à la charge maximale. De plus, un modèle analytique a été développé en utilisant une approche couche par couche pour prédire le diagramme d’interaction et la réponse moment-courbure des poteaux carrés en béton de différentes résistances en compression armé de PRF. Les prévisions du modèle concordent bien avec les résultats expérimentaux