abstract: A comprehensive study was performed on non-proprietary ultra-high-performance concrete (UHPC) material and several design methods were suggested based on numerous experimental results. Several sets of compression tests, direct tensile tests, and flexural tests were performed on UHPC to provide a better understanding of the mechanisms involved in the mechanical behavior of the fiber reinforced material. In addition to compressive tests, flexural tests, based on ASTM C1609 and EN 14651, were performed. The effect of the strain rate on the UHPC material was also investigated through the high-speed tensile tests at different strain rates. Alongside the usual measurement tools such as linear variable differential transformers (LVDT) and clip gages, digital image correlation (DIC) method was also used to capture the full-range deformations in the samples and localized crack propagations. Analytical approaches were suggested, based on the experimental results of the current research and other research groups, to provide design solutions for different applications and design approaches for UHPC and hybrid reinforced concrete (HRC) sections. The suggested methods can be used both in the ultimate limit state (ULS) and the serviceability limit state (SLS) design methods. Closed form relationships, based on the non-linear design of reinforced concrete, were used in the calculation of the load-deflection response of UHPC. The procedures were used in obtaining material properties from the flexural data using procedures that are based on back-calculation of material properties from the experimental results. Model simulations were compared with other results available in the literature. Performance of flexural reinforced UHPC concrete beam sections tested under different types of loading was addressed using a combination of fibers and rebars. The same analytical approach was suggested for the fiber reinforced concrete (FRC) sections strengthened (rehabilitated) by fiber reinforced polymers (FRP) and textile reinforced concrete (TRC). The objective is to validate the proper design procedures for flexural members as well as connection elements. The proposed solutions can be used to reduce total reinforcement by means of increasing the ductility of the FRC, HRC, and UHPC members in order to meet the required flexural reinforcement, which in some cases leads to total elimination of rebars. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Civil, Environmental and Sustainable Engineering 2018

La ductilité et la capacité à dissiper de l'énergie sont deux qualités très importantes pour les éléments structuraux des structures situées dans les régions sismiques comme l'est du Canada. Soulignons que Montréal occupe la deuxieme place en ce qui a trait au risque sismique au Canada. De plus, la réduction des coûts de maintenance des infrastructures est un sujet d'intérêt pour les propriétaries alors que ces derniers doivent en tout temps garantir la sécurité des usagers. Or, le béton renforcé avec des fibres synthétiques semble être un matériau qui remplit ces caractéristiques. Pourtant, son utilisation est actuellement limitée aux éléments non structuraux ou structuraux mais non principaux. Afin de généraliser l'utilisation du béton fibre dans le domaine structural, il faut continuer à produire et à analyser des données expérimentales qui permettront de valider et d'améliorer les prescriptions de design et les modèles analytiques actuels pour la conception des éléments en béton armé avec des fibres dans les zones sismiques. Dans ce contexte, six poteaux circulaires à grande-échelle ont été testés sous une charge axiale constante (25% de Agf'c) et en flexion cyclique. Trois poteaux ont été confectionnés en béton normal (BN) et les trois autres en béton renforcé avec des fibres synthétiques (BRFS). La résistance à la compression du béton spécifiée à 28 jours pour les spécimens était de 30 MPa. Le volume de fibres synthétiques en polypropylène-polyéthylène utilisé a été de 1%. Les trois poteaux en BN étaient renforcés par une armature transversale constituée d'une spirale ayant un pas de 42, 75 et 100 mm respectivement. Ces trois spécimens ont été comparés avec des spécimens similaires en BRFS. Les résultats montrent que la présence des fibres synthétiques dans la matrice de béton améliore le comportement ductile et la capacité a dissiper de l'énergie des spécimens. Il a été observé que cette amélioration n'est pas directement proportionnelle à la quantité d'armature transversale. Toutefois, l'utilisation du béton fibre semble rendre possible une réduction de l'armature transversale tout en conservant un aussi bon sinon un meilleur comportement.