Développement d’un modèle de l’interface béton-matériau composite: Application au renforcement des structures en béton armé renforcées par FRP

Abstract

Cette thèse porte sur l'étude numérique du comportement des poutres en béton armé renforcées par des matériaux composites en polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) et soumises à un essai de flexion en quatre points jusqu'à la rupture. L’objectif principal est de développer un modèle basé sur l'approche de l'analyse non linéaire par la méthode des éléments finis, afin de mieux comprendre les mécanismes d’adhérence et de décollement { l’interface béton-CFRP. L'étude compare deux stratégies de modélisation de l'interface : une hypothèse de liaison parfaite et l’utilisation de modèles de zone cohésive avec différentes lois de comportement interfacial. Les résultats obtenus ont été confrontés aux données expérimentales d'Esfahani et al. [1] ainsi qu’{ la prédiction de l’ACI 440.2R-08, afin d’évaluer la précision des différentes approches de modélisation. En plus de la modélisation de l’interface, plusieurs paramètres influençant la réponse en flexion des poutres renforcées ont été étudiés : la résistance à la compression du béton, le diamètre des armatures, la longueur, la largeur et l’épaisseur du CFRP, le type de FRP, et le module d’élasticité de la résine époxy. Les résultats obtenus montrent que la prise en compte du comportement interfacial par le modèle de zone cohésive (CZM) améliore la précision de la simulation, notamment dans la prédiction du décollement des matériaux composites (FRP). La comparaison avec l’ACI 440.2R-08 a révélé une surestimation de la charge ultime de 11.5 % par rapport aux résultats expérimentaux et de 11 % par rapport au modèle CZM, tandis que l’écart entre les résultats numériques et expérimentaux n’est que de 0.5 %, confirmant la fiabilité du modèle CZM validé. Aussi, le modèle de zone cohésive (CZM), une fois validé, a été modifié et amélioré en intégrant l’effet du diamètre des armatures (paramètre le plus influant), basé sur les résultats de l’étude paramétrique. Cette optimisation a permis d’affiner la représentation des phénomènes interfaciaux et d’améliorer la précision des simulations.