LES METHODES DE CONTROLE DES DUREES DE VIE SE CONCENTRENT SUR LES EFFETS PRIS SEPAREMENT DES PRINCPAUX PROCESSUS DE DEGRADATION. IL APPARAIT TOUTEFOIS ESSENTIEL D'ETUDIER LE COUPLAGE DES EFFETS DE CES DIFFERENTS PROCESSUS CAR LEURS INTERACTIONS PEUVENT CONDUIRE A LA RAPIDE PERTE D'INTEGRITE DES STRUCTURES. LE RENFORCEMENT DEVIENT NECESSAIRE AFIN DE COMPENSER LES PERTES DE RESISTANCES OU DE SUPPORTER DES CHARGEMENTS COMPLEMENTAIRES. LE COLLAGE EXTERIEUR DE POLYMERES RENFORCES DE FIBRES PRF CONSTITUE UNE SOLUTION TECHNOLOGIQUE POUR LA REHABILITATION DES STRUCTURES BETON EXISTANTES. TROIS PRINCIPAUX OBJECTIFS SONT CONSIDERES DANS LA PRESENTE ETUDE. LE PREMIER EST DE PROPOSER DES MODELES PROBALISTES DEPENDANT DU TEMPS POUR LES ACIERS D'ARMATURE ET DES CHARGEMENTS D'EXPLOITATION. LE SECOND EST DE CONDUIRE UNE ANALYSE EN TERME D'INDICES DE FIABILITE. LES MODES DE DEFAILLANCE DES POUTRES EN BETON ARME REPAREES PAR COMPOSITE A BASE DE PRF SERONT SIMULES EN TERMES PROBALISTES PAR LE BIAS DE LA METHODE DE FIABILITE DE PREMIER ORDRE. LE TROISIEME OBJECTIF DE LA RECHERCHE A ETE DE DEVELOPPER, AFIN DE VERIFIER LES RESULTATS DE LA METHODE DE FIABILITE DE PREMIER ORDRE, UNE SIMULATION DE TYPE MONTE CARLO BASEE SUR L'EXPLOITATION DE RESEAUX DE NEURONES ET LA METHODE DES ELEMENTS FINIS. LES RESULTATS PERMETTENT D'IDENTIFIER PLUS CLAIREMENT LES NOMBREUSES VARIABLES INFLUENCANT LA FIABILITE DES ELEMENTS DE STRUCTURE RENFORCES ET D'AFFIRMER LE BESOIN DE RECHERCHES COMPLEMENTAIRES EN VUE DE SAISIR PLUS PERCISEMENT CES INFLUENCES. LES DEUX VARIABLES SIGNIFICATIVES SUR CE POINT SOINT : L'ETAT DE LA STRUCTURE EXISTANTE AU MOMENT DE LA REPARATION ET LA COMPLEXITE DES CHARGEMENTS APPLIQUES.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Este trabalho apresenta um estudo sobre o fenômeno do deslizamento na interface entre concreto e polímero reforçado com fibra (PRF) de carbono por meio da realização e análise de ensaios experimentais. O objetivo geral é investigar o efeito de escala no descolamento entre concreto e PRF. Buscou-se analisar a influência da variação da dimensão do corpo de prova de concreto no colapso de interface ao manter a mesma geometria de PRF aderida. A metodologia adotada consiste em sobrepor dois corpos de prova cilíndricos sobre o plano de seção transversal e ligados por três tiras de PRF de forma simétrica. A parte inferior do conjunto é fixa e aplica-se uma força de tração na parte superior, induzindo o surgimento de tensões de cisalhamento na interface. Foram utilizados corpos de prova moldados e extraídos de vigas de concreto, com diferentes dimensões: 5cm x 10cm, 10cm x 20cm e 15cm x 30cm. Treze geometrias diferentes do material compósito aderido foram usadas. Em alguns experimentos observou-se a ruptura no concreto, pois alcançou-se a tensão normal limite que o corpo de prova resiste antes de atingir a tensão de cisalhamento necessária para acontecer o descolamento. Isso foi notado principalmente nos corpos de prova menores, que resistem a uma força menor de tração. Não se notou uma influência da dimensão do corpo de prova na força máxima até o descolamento, tensão de cisalhamento e rigidez. Apesar de experimentos com corpos de prova menores levarem a bons resultados na análise do descolamento, verificou-se que o que limita seu uso é que muitas vezes é atingida a tensão normal limite que o concreto resiste, causando sua ruptura. Além disso, nos casos de deslizamento verificados com corpos de prova menores foi necessário utilizar uma geometria de PRF muito pequena, o que conduz a uma elevada tensão de cisalhamento máxima, exigindo o uso de um alto fator de correção. O processo de extração pode causar danos no concreto, como microfissuração, principalmente nos corpos de prova menores. Não foi possível concluir sobre a influência do uso de testemunhos no colapso de interface, mas foi notada uma alteração nas curvas de força versus deslocamento ao se usar corpos de prova extraídos, e em cada ensaio a influência foi de uma forma diferente. Não pareceu adequado analisar o deslizamento em testes com testemunhos. / This research is a study about the debonding phenomenon at interface between concrete and carbon fiber reinforced polymer (FRP) by way of performance and analysis of experimental tests. The objective of this study is to investigate the size effect in concrete and FRP debonding. The influence of variation of size concrete specimen on interface failure was analyzed when the same FRP geometry was adhered. Two concrete cylinders specimens are superimposed on plane of cross section, and the specimens are connected by three FRP pieces symmetrically adhered in the longitudinal perimeter. The lower part is fixed and the top is pulled. This induces appearance of shear stresses at interface. Different cylinders specimens made and core samples were used: 5cm x 10cm, 10cm x 20cm and 15cm x 30cm. Different thirteen geometries of the composite material were adhered. The failure happened in concrete in some experiments because concrete reached the normal strength before the shear stress required for the debonding, especially in smaller specimens because the tensile load carrying capacity for these cases is lower. An influence of specimen size was not noticed in the maximum load and shear stresses for debonding, and stiffness. Although experiments with smaller specimens generate good results, the reason that limits their use is the fact that the concrete often reaches the normal stress capacity. In addition, a very small FRP geometry was used in tests of debonding with smaller specimens. The use of a small FRP geometry resulted in a high shear stress, and with this use, it is necessary to use a high correction factor. The extraction process can cause damage to concrete such as micro cracking, especially in smaller specimens. It was not conclude about the influence of use of core samples in interface failures, but a change of the load versus displacement graph was noted. The influence of use of core samples happened differently in each test. An debonding analysis in tests with core samples may not be appropriate. / Dissertação (Mestrado)

Os Polímeros Reforçados com Fibras (PRF) são materiais compósitos constituídos por fibras unidas por uma matriz polimérica. São leves, não corrosivos, possuem alta resistência à tração e são de simples execução. O PRF em forma de tecido é utilizado para envolver o pilar de concreto armado promovendo a restrição das deformações laterais pelo efeito de membrana. Nos pilares com seção transversal circular, esse efeito de membrana é desenvolvido ao longo de todo o seu perímetro. Já para seções quadradas ou retangulares, esse efeito de membrana se desenvolve apenas nos cantos arredondados, reduzindo, assim, a eficiência do confinamento. Por conta dessa limitação, esta pesquisa propõe a utilização de um mecanismo auxiliar constituído por tirantes transversais de aço ancorados por perfis longitudinais, que juntamente com o PRF vão promover o confinamento nos maiores lados de seções de pilares retangulares. Foram realizados ensaios experimentais de dez pilares de concreto, cujos resultados confirmaram o maior incremento de força e ductilidade nos pilares devido à presença dos tirantes, verificando também que os perfis longitudinais contribuem diretamente com a força axial no pilar. Por meio da análise numérica em elementos finitos foi possível observar o acréscimo de regiões de concreto efetivamente confinado devido à presença dos tirantes. Com a análise paramétrica realizada foram identificados os parâmetros e como eles influenciam no comportamento dos pilares reforçados com a técnica: a relação entre os lados da seção transversal, a taxa de PRF; a taxa de tirantes de aço e a rigidez do perfil de ancoragem. Por fim, foi desenvolvido um modelo analítico que possibilita calcular a parcela de força resistida pelo concreto confinado e pelos perfis de ancoragem de modo independente, indicando boas correlações com os resultados experimentais e numéricos. / Fiber Reinforced Polymers (FRP) are composite materials consisting of fibers bonded by a polymer matrix. They are lightweight, non-corrosive, have high tensile strength and simple to apply. The FRP jacket is used to wrap the concrete column and restrict the lateral expansion by the membrane effect. In columns with circular cross section, the membrane effect is developed along its entire perimeter. However, in square or rectangular sections this effect is only developed at the rounded corners, resulting in a decrease of the confinement efficiency. Due this limitation, this research proposes the use of an auxiliary mechanism made up of transverse steel ties anchored by longitudinal bars, which together with the FRP, promote confinement on the biggest sides of rectangular sections of columns. Experimental tests were carried out on ten concrete columns, whose results confirmed the greatest force increase and ductility due to the presence of the steel ties and that the anchor bars contribute directly with the axial force. Through the numerical analysis in finite elements methods it was possible to observe the effective confined concrete regions due to the presence of the ties. With the parametric analysis performed some parameters were identified and how they influence in behavior of columns reinforced with this technique: the relationship between the sides of the cross section; the PRF rate; the steel ties rate and the stiffness of the anchor bar. Finally, an analytical model was developed allowing calculate the force resisted by the confined concrete and the anchor bars forces independently, indicating good correlations with the experimental and numerical results.

Abstract : The construction industry is expressing great demand for innovative and durable structural members such as bridge decks and piers, piling, and poles. Many steel-reinforced concrete structures subjected to de-icing salts and marine environments require extensive and expensive maintenance. Fiber-reinforced polymers (FRPs) have recently gained wide acceptance as a viable construction material for repair, rehabilitation, or new construction of the aging infrastructures particularly those exposed to harsh environment conditions. The promising concept of concrete-filled FRP tube (CFFT) system, that may be further reinforced with steel or FRP bars, has raised great interest amongst researchers in the last decade. The CFFT technique has been used successfully in different concrete structure elements such as pier column and girder for bridges and also as fender piles in marine structures. The FRP tube acts as a stay-in-place structural formwork, a noncorrosive reinforcement for the concrete for flexure and shear, provides confinement to the concrete in compression, and the contained concrete is protected from intrusion of moisture with corrosive agents that could otherwise deteriorate the concrete core. Using FRP bars instead of conventional steel bars in the CFFT columns can provide a step forward to develop a promising totally corrosion-free new structural system. Nonetheless, the axial behaviour of FRP bars as longitudinal reinforcement in compression members has yet to be explored, especially for the CFFT columns. To date, most of the experimental investigations performed on FRP confined concrete columns have considered short, unreinforced, small-scale concrete cylinders, tested under concentric, monotonic, and axial load. The slenderness ratio, internal longitudinal reinforcement type (steel or FRP bars), and axial cyclic loading effects on the behaviour of FRP confined concrete long columns, however, have received only limited research attention. To address such knowledge gaps, this study aimed at investigating the behaviour of the CFFT long columns internally reinforced with steel or FRP bars tested under monotonic and cyclic axial loading. A total of ten reinforced concrete (RC) and CFFT columns were constructed and tested until failure. All columns had 1900-mm in height and 213-mm in diameter. The investigated parameters were: i) the effect of internal reinforcement type (steel, glass FRP (GFRP), or carbon FRP (CFRP)) and amount, ii) GFRP tube thicknesses, and iii) nature of loading (i.e. monotonic and cyclic). The effect of the different parameters on the axial behaviour of the tested columns is presented and discussed. The research work presented in this dissertation has resulted in one paper submitted to the Elsevier Journal of Engineering Structures (manuscript ID: ENGSTRUCT-D-15-01381) and one accepted conference paper submitted to the 5 th International Structural Specialty Conference (CSCE 2016), London, Ontario, June 1st - 4th, 2016. The experimental test results showed that the CFFT columns reinforced with GFRP bars exhibited similar responses compared to their counterparts reinforced with steel bars with no significant difference in terms of ultimate axial strength and strain capacities. The GFRP tubes provided significant confinement of the tested specimens attributing to shift the mode of failure from axially dominated material failure to flexural-dominated instability failure. The results also indicated that the plastic strains of the FRP-reinforced CFFT columns was linearly proportional to the envelop unloading strains (εun,env). The relationship depended little on level of confinement, but strongly on the longitudinal reinforcement amount and type, particularly when εun,env > 0.0035. On the other hand, an analytical investigation was conducted to examine the validity of the available design provisions for predicting the ultimate load capacity of tested columns. The results of the analysis were compared with the experimental values. It was found that the ACI 440.R1 (2015), CSA S806 (2012), and CSA S6-06 (2010) design provisions provided higher conservative results for the GFRP-reinforced control specimens than that of steel-reinforced specimen. This might be due to neglecting the contribution of the compressive resistance of the GFRP bars to the axial carrying capacity. Furthermore, for FRP-reinforced CFFT columns, the ACI 440.2R (2008), CSA S806 (2012), and CSA S6-06 (2010) provisions results over the experimental results were an average of 1.68±0.31, 1.57±0.18, and 1.72±0.35 with a COV of 18.4%, 11.3%, and 20.5%, respectively. By considering the confinement codes limits, the CSA S806 (2012) showed better correlation for the ultimate carrying capacity based on the average than the CSA S6-06 (2010) and ACI 440.2R (2008), particularly for specimens cast with tube Type B. / Résumé : L'industrie de la construction exprime une grande demande pour les structures innovantes et durables tels que les tabliers de ponts et les quais, les pieux et les poteaux. Plusieurs structures en béton armé sont soumises à des sels de déglaçage et à des environnements marins qui exigent un entretien coûteux. Les polymères renforcés de fibres (PRF) ont récemment été reconnus en tant que matériau de construction viable pour la réparation, la réhabilitation ou la construction de nouvelles infrastructures vieillissantes en particulier celles exposées à des conditions d'environnement sévères. Le concept prometteur du système de tube rempli de béton PRF (CFFT), qui peut être encore renforcé avec de l'acier ou des barres en PRF, a amorcé un grand intérêt parmi les chercheurs durant la dernière décennie. La technique CFFT a été utilisée avec succès dans les différents éléments de structure en béton tels que les colonnes et les poutres de ponts et aussi comme des pieux pour les structures marines. Le tube en PRF agit comme un coffrage structural sur place, un renforcement non corrosif pour le béton en flexion et au cisaillement en utilisant l'orientation des fibres multidirectionnelle, fournit un confinement au béton en compression, et le béton est protégé de toute intrusion d'humidité des agents corrosifs qui, autrement, pourraient détériorer le noyau de béton (ACI 440. R-07 (2007)). L’utilisation des barres de PRF au lieu de barres d'acier conventionnelles dans les colonnes CFFT peut fournir un pas en avant pour développer un nouveau système structurel. Néanmoins, le comportement axial des barres en PRF comme armatures longitudinales dans les membrures en compression n'a pas encore été exploré, en particulier pour les colonnes CFFT. À ce jour, la plupart des études expérimentales effectuées sur les colonnes en béton confinés de PRF, ont considéré des cylindres en béton, courts, à petite échelle non armés, et testés sous un charge concentrique, monotone, et axiale. Le rapport d'élancement, le renfort longitudinal interne (acier ou barres en PRF), et les effets du chargement axial cyclique sur le comportement des colonnes élancées de béton confinés et en PRF, ont connu une recherche limitée. Pour combler ce manque de connaissance, cette étude vise à étudier le comportement des colonnes élancées CFFT armé en acier ou en barres de PRF testées sous charges axiales monotones et cycliques. Un total de dix colonnes en béton armé (RC) et CFFT été fabriquées et testées jusqu'à la rupture. Toutes les colonnes ont 1900 mm de hauteur et 213 mm de diamètre. Les paramètres étudiés sont les suivants: i) l'effet de type de renforcement interne et la quantité de renforcement, ii) les épaisseurs de tubes PRV, et iii) le type de chargement (monotone et cyclique). L'effet des variables considérées sur le comportement axial des colonnes testées dans le travail expérimental est présenté et discuté. Le travail de recherche présenté dans cette analyse a fait l’objet d’un article scientifique soumis à Elsevier Journal of Engineering Structures (manuscrit ID: ENGSTRUCT-D-15-01381) et un article lors d’une conférence acceptée soumis à la 5ième International Structural Specialty Conference (CSCE 2016), London, Ontario, Juin 1er - 4ième, 2016. Les résultats des essais expérimentaux ont montré que les colonnes CFFT renforcées de barres en PRFV présentaient des réponses similaires par rapport à leurs homologues renforcées avec des barres d'acier sans différence significative en termes de capacité ultime de résistance axiale et de déformation. Les tubes en PRFV fournissent un confinement significatif des échantillons testés attribuant à changer le mode de rupture, c’est-à-dire d’une rupture des matériaux axialement à une rupture d’instabilité en flexion. En outre, l'augmentation de l'épaisseur du tube en PRFV de 2,9 à 6,4 mm améliore les rapports de résistance et de déformation de 25 % et 12 %, respectivement. Les résultats indiquent également que les déformations plastiques des colonnes renforcées de PRF sont linéairement proportionnelles aux enveloppes de tension de déchargement (εde,env). La relation dépend un peu du niveau de confinement, mais fortement de la quantité et du type de renfort longitudinal, en particulier lorsque εde,env > 0,0035. D'autre part, une investigation a été menée pour examiner la validité des dispositions de conception disponibles pour prédire la capacité de la charge ultime des colonnes testées. Les résultats de l'analyse ont été comparés avec les valeurs expérimentales. Il a été constaté que les prévisions de l'ACI 440.R1 (2015), CSA S806 (2012), et CSA S6-06 (2010) ont fourni des résultats conservateurs plus élevés pour les échantillons de contrôle en PRFV que celui de l'échantillon d'acier. Cela peut être dû à la négligence de la contribution de la résistance à la compression des barres de PRFV à la capacité de charge axiale. En outre, pour les colonnes de CFFT renforcées de PRF, les prévisions de l'ACI 440.2R (2008), du CSA S806 (2012), et du CSA S6-06 (2010) étaient de 1,68 ± 0,31, 1,57 ± 0,18 et 1,72 ± 0,35 avec un COV de 18,4 %, 11,3%, et 20,5%, respectivement. En considérant les limites des codes de confinement, le code CSA S806 (2012) a révélé les meilleures prévisions pour la capacité de charge ultime basée sur la moyenne que celui du code CSA S6-06 (2010) et de l’ACI 440.2R (2008), en particulier pour les échantillons réalisés avec des tubes de Type B.

L’étude de la durabilité des polymères renforcés de fibres (PRF) dans le béton est un enjeu majeur de leur développement en tant qu’alternative aux armatures d’acier soumises à la corrosion. La simulation à long terme de la solution interstitielle est le plus souvent assurée par l’immersion des barres de composite dans des solution acides ou basiques, dans lesquelles la température agit comme accélérateur. La littérature propose principalement des analyses physiques et mécaniques des PRF dans leur globalité, sans forcément concentrer l’étude sur chaque composant. C’est donc l’objectif de cette étude de vouloir suivre l’impact des solutions corrosives sur un large panel de matériaux, à la fois sur les résines pures, les fibres, et les composites qui en découlent. Pour cela, des matériaux couramment utilisés en génie civil ont été choisis : deux types de fibres synthétiques (verre et basalte) avec différents agents d’ensimage, trois types de résines thermodurcissables (polyuréthane, époxy et vinylester), et donc six types de composites (3 PRFV et 3 PRFB) fabriqués par pultrusion. Les échantillons ont été conditionnés de façon accélérée à 24°C, 40°C et 65°C dans l’eau et en solution alcaline jusqu’à 10 jours pour les fibres, et entre 2 et 3 mois pour les résines et composites. Des tests physiques et mécaniques ont été menés, tels qu’un suivi de l’absorption d’eau, des mesures de la température de transition vitreuse par DSC, des analyses thermiques et infrarouges et des observations microscopiques. Contrairement à la solution acide, la solution alcaline attaque la fibre de basalte par piquration de façon hétérogène, et aucune espèce chimique n’est dissoute. La durabilité des fibres dans l’alkali dépend de l’agent d’ensimage, une même fibre n’ayant pas le même comportement en traction ni en microscopie selon son traitement de surface. L’eau provoque dans la résine un réarrangement moléculaire visible par DSC, qui ressemble à une plastification irréversible mais qui ne peut pas être une hydrolyse selon l’analyse FTIR. Cela s’explique par la création de deux phases de résine, confirmé dans la littérature par l’observation de deux pics de Tg par DMA, et par la théorie des volumes libres par ATM. La relation de Kelley-Bueche simplifiée permet de conclure que l’absorption de solvant, eau ou alkali, est le facteur critique initiant la dégradation de la résine. Une loi fickienne permet d’approximer la diffusion d’eau dans le polymère et le composite, ce dernier diffusant plus fortement que la résine pure, même lorsqu’aucun vide ou descellement à l’interface n’est constaté. Une interphase aux propriétés modifiées est en fait créée autour de la fibre par l’interaction de la résine avec l’ensimage et l’eau. Une analyse par éléments finis, ainsi que des résultats par AFM et micro-TA de la littérature permettent d’estimer que cette zone diffuse cinq fois plus que la résine pure et mesure entre 1 et 6 micromètres selon les matériaux.

As the plastic and packaging industry is looking to increase the longevity of plastic products as well as recycling used material, there is a need to understand how material properties respond and change during long periods of mechanical loading. Physical tensile experiments on thin plant-based High-Density Polyethylene (HDPE) are conducted with the intent of capturing relaxation behavior from a short-term (1-3 hours) and long-term (29-56 days) perspective. Experimental tests aiming to capture short-term relaxation behavior prior to necking at various loads are made on a MTS Qtest100 tensile-machine in the laboratory at BTH. Long-term experiments are conducted on a custom-built tensile machine stationed in the author’s apartment.   Data gathered from the experiments are swiftly converted into true stress and strain based on the derived mathematical expressions in preparation for computer simulations, i.e. modeling the behavior using two expressions and the Finite Element Method (FEM) in the general purpose FE-software AbaqusTM R2020. The loading curve, i.e. uniform deformation, prior to geometrical necking, was modeled using the Ramberg-Osgood expression and captured the mechanical non-linear behavior accurately. Two expressions are initially used to capture the stress decay, referred to as relaxation behavior: the first one is Guiu and Pratt and the second one is a data-generated Four Parameter Logistics (4PL) expression. A comparison between the two expressions, show that the 4PL expression captures the entire short-term behavior of the experiments. The 4PL expression could also predict the long-term behavior without further calibration. The Guiu and Pratt expression could not predict the behavior as accurately as the 4PL expression.   Using the converted physical data to calibrate a Parallel Rheological Framework (PRF) model in the MCalibration software proved to be time consuming. A combination of the Ramberg Osgood and 4PL expression is used to re-create the converted physical experiment data which reduces both noise and size of the datasets dramatically. The calibration time was significantly reduced because the datasets were much smaller. With a material model calibrated using the re-created data, simulations could be conducted in Abaqus, creating a virtual twin of the physical experiments. Results from the physical experiments are compared to the results of the virtual simulations proving that the PRF model can capture the relaxation behavior shown in the short-term experiments. The model also works for long-term relaxation behavior and only a slight increase in stress relaxation compared to the physical experiments was observed. / I dagens plast och paketeringsindustri finns ett behov att öka produkters livstid samt att använda återvunnet material. Med detta finns då behovet av att bättre förstå hur plasternas egenskaper förändras under långa lastperioder. Fysiska tester kommer därav genomföras med tunna testbitar gjorda av organiskt HDPE med målet att fånga spännings relaxationen från både ett kort (1-3 timmar) till ett långt (29-56 dagar) tidsperspektiv. Experimentella tester som fångar det korta tidsperspektivet görs med olika lastfall före “necking” och genomförs på en MTS Qtest100 dragprovsmaskin på labbet på campus BTH. Tester som fångar det långa tidsperspertivet görs på en dragprovsmaskin som är tillverkad för detta syftet och är stationerad i författarens lägenhet.  Datan som är tagen från experimenten är först konverterade till sann spänning och töjning för att sedan modeleras utav två matematiska uttryck och en model i Finita Element Metod programmet AbaqusTM R2020. Det matematiska uttrycket Ramberg-Osgood användes för att modellera pålastningskurvan före “necking” och gorde detta tillfredställande. Två uttryck jämfördes för att modellera relaxationskurvan, ena var Guiu and Pratt uttrycket och det andra var en data-genererad Fyra Parameter Logistik (4PL) uttryck. Jämförelsen visade att 4PL uttrycket fångade hela kurvaturen ur det korta tidsperspektivet. Det visade sig även att 4PL uttrycket kunde prediktera det långa tidsperspektivet utan att göra några extra kailbreringarna från de korta tidsperspektivets kalibrering. Guiu and Pratts uttryck hade problem i bade de korta och långa tidsperspektivet.  Med den omvandlade datan från de fyska testerna börjades kalibreringen av en “Parallel Rheological Model” (PRF)  materialmodel i programmet MCalibration. Detta visade sig kräva mycket tid då datafilerna från de fysiska testera var mycket stora och hade även en del brus. Med detta gjordes valet att använda Ramberg Osgood uttrycket samt det data-genererade 4PL uttrycket för att skapa matematiskt beräknade testdata för att minska mängden datapunkter samt ta bort bruset. Med de nya datafilerna blev kalibreringstiden av materialmodellen mycket mindre och det kunde användas för att skapa en “virtual twin” av dragprovsanordningen. Resultatet från simuleringarna av den virtuella dragprovsbiten visar på att modellen fångar den korta tidsaspeketen väldigt bra. För det långa tisperspektivet fungerade modellen men med lite större stress relaxation jämfört med de fysiska experimenten.

Le renforcement de structures ou d'éléments de structure par collage de plats PRF (polymères renforcés de fibres) est une technique actuellement reconnue et utilisée dans le monde entier. Il permet d'augmenter la durée de vie des structures existantes ce qui est très intéressant du point de vue développement durable et est souvent plus intéressant d'un point de vue économique. La première partie de ce travail s'intéresse au renforcement de poutres béton armé par des plats PRF. En effet, ce type de renforcement peut engendrer une rupture prématurée de type peeling-off. Ce mode de ruine très fragile résulte du décollement du béton d'enrobage qui reste collé au matériau de renforcement. Pour une conception optimale d'un renforcement en flexion par collage, il est important d'être en mesure de prévoir ce type de rupture et d'en tenir compte dans le dimensionnement. Pour cela, un modèle numérique fiable de type élasto-plastique est dans un premier temps présenté qui permet de prévoir la rupture de type peeling-off. Ce modèle est validé à l'aide de résultats d'essais expérimentaux. Les paramètres principaux affectant l'efficacité du renforcement sont ensuite mis en évidence dans le cadre d'une étude paramétrique. Les résultats de cette étude sont mis en parallèle avec des résultats d'essais de la littérature prouvant ainsi l'efficacité du modèle proposé. Enfin, plusieurs mesures sont proposées pour améliorer la performance du renforcement et éviter la rupture prématurée de peeling-off. La deuxième partie de ce travail s'attache quant à elle à l'étude de renforcement de tabliers de ponts soumis aux efforts éventuels d'impact d'un véhicule sur une barrière de sécurité. Une campagne expérimentale composée de différentes configurations de dalles est d'abord réalisée. Un modèle numérique s'inspirant du modèle proposé précédemment est ensuite présenté. La confrontation des résultats expérimentaux et numériques montre une concordance encourageante avant la fissuration majeure de la dalle. Enfin, les résultats mettent en relief l'efficacité du renforcement par des plats PRF dans le cas de glissières de sécurité

Les techniques de renforcement de structures en béton armé (BA) par collage de polymères renforcés de fibres (PRF) trouvent un important champ d'applications dans le renforcement des poteaux en BA. Le chemisage par PRF confine le noyau du poteau et permet d'augmenter sa résistance et sa ductilité. Bien que de nombreux travaux expérimentaux aient été consacrés à l'étude de l'effet de confinement du PRF sur le comportement des poteaux en BA, la réalisation d'une simulation réaliste de la réponse structurelle de tels éléments présente de nombreuses difficultés liées aux modèles de comportement peu appropriés à reproduire précisément la réponse mécanique du béton confiné. Dans cette recherche, un modèle de comportement élasto-plastique endommageable est développé pour reproduire la réponse mécanique du béton sollicité suivant un chemin triaxial de contraintes. Ce modèle prend en compte différents mécanismes de comportement du béton tels que les déformations irréversibles, l'endommagement dû à la microfissuration, la sensibilité au confinement et les caractéristiques de dilatation. Un processus d'identification des paramètres du modèle est proposé sur la base d'essais classiques. La validation de ce modèle est ensuite démontrée en comparant des résultats de simulations à des données expérimentales de la littérature sur des bétons confinés activement puis des bétons confinés par des PRF présentant une large gamme de rigidité. Le modèle proposé est également comparé à différentes modélisations de la littérature. Les capacités du modèle sont illustrées et analysées sur des applications tridimensionnelles de poteaux en BA de taille réelle, non confinés et confinés par PRF. / For the past two decades, externally bonded Fiber Reinforced Polymers (FRP) has gained much popularity for seismic rehabilitation of reinforced concrete (RC) columns. In this technique, FRP wrap installed on the surface of a column acts as lateral confinement and enhance the strength and deformation capacity of the concrete element. Although many experimental works have been devoted to the study of confining effect of FRP on the behavior of RC columns, the numerical simulation of FRP-jacketed RC columns remains a challenging issue due to the lack of appropriate constitutive model for confined concrete. In this study, a damage plastic model is developed to predict the behavior of concrete under triaxial stress states. The proposed model takes into account different material behavior such as irreversible strain, damage due to microcracking, confinement sensitivity and dilation characteristic. A straightforward identification process of all model’s parameters is then presented. The identification process is applied to different normal strength concrete. The validity of the model is then demonstrated through confrontation of experimental data with simulations considering active confined concrete and FRP confined concrete with a wide range of confinement stiffness. The proposed constitutive model is also compared with other models from the literature and the distinguishing features of this new model are discussed. Furthermore, the capacity of the model in the three-dimensional finite element analysis of full-scale RC columns is demonstrate and discussed.

This diploma thesis is focused on the influence of thermal modification on the strength of bonded joint in tension according to ČSN EN 205. For the purpose of this work was used beech wood. The thermal modification of the test samples was performed at temperatures of 160 °C, 180 °C and 200 °C. The selected bond strength adhesives were melamine-urea formaldehyde adhesives (MUF), phenol-resorcinol formaldehyde adhesives (PRF) and one-component polyurethane adhesives (PUR). In addition to the thermal modification the effect of plasma modification on bond strength is also determined. The test lamellas were plasma treated (DCSBD) prior to gluing and pressing. The result is the determination of the tensile strength of the bonded joint in all the above-mentioned modifications and comparation of the results.

Abstract : Deep reinforced concrete beams are commonly used as transfer girders or bridge bents, at which its safety is often crucial for the stability of the whole structure. Such elements are exposed to the aggressive environment in northern climates causing steel-corrosion problems due to the excessive use of de-icing salts. Fiber-reinforced polymers (FRP) emerged as non-corroded reinforcing materials to overcome such problems in RC elements. The present study aims to address the applicability of concrete deep beams totally reinforced with FRP bars. Ten full-scale deep beams with dimensions of 1200 × 300 × 5000 mm were constructed and tested to failure under two-point loading. Test variables were shear-span depth ratio (equal to 1.47, 1.13, and 0.83) and different configurations of web reinforcement (including vertical and/or horizontal web reinforcement). Failure of all specimens was preceded by crushing in the concrete diagonal strut, which is the typical failure of deep beams. The test results indicated that, all web reinforcement configurations employed in the tested specimens yielded insignificant effects on the ultimate strength. However, strength of specimens containing horizontal-only web reinforcement were unexpectedly lower than that of specimens without web reinforcement. The web reinforcement’s main contribution was significant crack-width control. The tested specimens exhibited reasonable deflection levels compared to the available steel-reinforced deep beams in the literature. The development of arch action was confirmed through the nearly uniform strain distribution along the length of the longitudinal reinforcement in all specimens. Additionally, the basic assumption of the strut-and-tie model (STM) was adequately used to predict the strain distribution along the longitudinal reinforcement, confirming the applicability of the STM for FRP-reinforced deep beams. Hence, a STM based model was proposed to predict the strength of FRP-reinforced deep beams using the experimental data, in addition to the available experimentally tested FRP-reinforced deep beams in the literature. Assessment of the available STMs in code provisions was conducted identifying the important parameters affecting the strut efficiency factor. The tendency of each parameter (concrete compressive strength, shear span-depth ratio, and strain in longitudinal reinforcement) was individually evaluated against the efficiency factor. Strain energy based calculations were performed to identify the appropriate truss model for detailing FRP-reinforced deep beams, hence, only four specimens with vertical web reinforcement exhibited the formation of two-panel truss model. The proposed model was capable to predict the ultimate capacity of the tested deep beams. The model was also verified against a compilation of a data-base of 172 steel-reinforced deep beams resulting in acceptable level of adequacy. The ultimate capacity and performance of the tested deep beams were also adequately predicted employing a 2D finite element program (VecTor2), which provide a powerful tool to predict the behavior of FRP-reinforced deep beams. The nonlinear finite element analysis was used to confirm some hypotheses associated with the experimental investigations. / Résumé : Les poutres profondes en béton armé (BA) sont couramment utilisées comme poutre de transfert ou coude de pont, comme quoi sa sécurité est souvent cruciale pour la sécurité de l’ensemble de la structure. Ces éléments sont exposés à un environnement agressif dans les climats nordiques causant des problèmes de corrosion de l’acier en raison de l’utilisation excessive de sels de déglaçage. Les polymères renforcés de fibres (PRF) sont apparus comme des matériaux de renforcement non corrodant pour surmonter ces problèmes dans les BA. La présente étude vise à examiner la question de l'applicabilité des poutres profondes en béton complètement renforcées de barres en PRF. Dix poutres profondes à grande échelle avec des dimensions de 1200 × 300 × 5000 mm ont été construites et testées jusqu’à la rupture sous chargement en deux points. Les variables testées comprenaient différents ratios de cisaillement porté/profondeur (égal à 1.47, 1.13 et 0.83) ainsi que différentes configurations d’armature dans l’âme (incluant un renforcement vertical avec ou sans renforcement horizontal). La rupture de tous les spécimens a été précédée par l’écrasement du béton dans le mât diagonal, ce qui est la rupture typique pour les poutres profondes en BA. Les résultats ont révélé que toutes les configurations de renforcement de l’âme employées dans les spécimens d'essais avaient un effet négligeable sur la résistance ultime. Toutefois, la résistance des spécimens contenant uniquement un renforcement horizontal était étonnamment inférieure à celle des spécimens sans renforcement. La contribution principale du renforcement de l’âme était dans le contrôle de la largeur de fissuration. Les spécimens examinés présentaient une déflexion raisonnable par rapport à ce qui est disponible pour les poutres profondes renforcées en acier dans la littérature. Le développement de l'effet d'arche a été confirmé par la distribution quasi uniforme des déformations le long du renforcement longitudinal dans tous les spécimens. En outre, l'hypothèse de base du modèle des bielles et tirants (MBT) a été utilisée adéquatement pour prédire la distribution de déformation le long du renforcement longitudinal, confirmant l'applicabilité du MBT pour les poutres profondes armées de PRF. Par conséquent, un modèle basé sur un MBT a été proposé afin de prédire la résistance des poutres profondes renforcées de PRF en utilisant les données expérimentales en plus de la mise à l'épreuve expérimentalement des poutres profondes renforcées de PRF trouvées dans la littérature. Une évaluation des MTB disponibles dans les dispositions des codes a été menée afin de déterminer les paramètres importants affectant le facteur d'efficacité de la bielle. La tendance de chaque paramètre (la résistance à la compression du béton, le ratio de cisaillement porté/profondeur, et la déformation dans le renforcement longitudinal) a été évaluée individuellement contre le facteur d'efficacité. Des calculs basés sur l’énergie des déformations ont été effectués pour identifier le modèle de treillis approprié afin de détailler les poutres profondes renforcées de PRF. Par conséquent, seulement quatre spécimens avec un renforcement vertical dans l’âme présentaient la formation de modèles avec deux panneaux de treillis. Le modèle proposé a été capable de prédire la capacité ultime des poutres profondes testées. Le modèle a également été vérifié contre une base de données de 172 poutres profondes renforcées en acier aboutissant en un niveau acceptable de pertinence. La capacité ultime et la performance des poutres profondes testées ont été également adéquatement prédites employant un programme d'éléments finis en 2D (VecTor2), ce qui fournira un puissant outil pour prédire le comportement des poutres profondes renforcées de PRF. L'analyse non linéaire par éléments finis a été utilisée afin de confirmer certaines hypothèses associées à l'étude expérimentale.