Développement d'un FRP hybride

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 16237 (2022) Citer cet article

1572 accès

1 Citations

2 Altmétrique

Détails des métriques

Les tendances actuelles de l'ingénierie des matériaux mettent en avant le développement de solutions structurelles efficaces. Le remplacement de l'acier par des polymères renforcés de fibres (FRP) illustre la clé du problème de la corrosion. Cependant, le module de déformation relativement faible des matériaux FRP typiques augmente les déformations des composants structurels. Avec la réduction du poids propre augmentant les déplacements cinématiques, ce dernier problème rend important le développement de structures hybrides comprenant du béton résistant à la compression et des profils FRP à haute performance en tension. Bien que de tels systèmes hybrides soient applicables pour l'ingénierie des ponts, l'incertitude des propriétés de liaison inter-composants complique le développement de ces structures innovantes, y compris les modèles de conception. La solution typique se concentre sur l'amélioration de la liaison locale, par exemple en utilisant des perforations de profilés FRP et des systèmes d'ancrage mécanique. Cependant, cette étude introduit une solution alternative, utilisant le système structurel de pont à ruban de contrainte pour créer le prototype de poutre hybride, qui combine la dalle en béton renforcé de fibres synthétiques et le profil FRP pultrudé fixé sur les supports. Ce travail illustre le concept de développement structurel lorsque le résultat de la modélisation par éléments finis (FE) définit la référence cible de la procédure de conception. Ainsi, d'une part, cette structure innovante simplifie le modèle numérique (FE) correspondant, qui suppose la liaison parfaite entre les composants du système de poutre hybride. D'autre part, la solution au problème de support (résultant d'une faible résistance des profilés FRP pultrudés aux charges transversales) améliore les performances structurelles du prototype de pont, doublant la rigidité en flexion et la capacité portante de la structure par rapport au système de supports en béton faible. Les essais de flexion ont prouvé l'adéquation de cette solution en décrivant la référence de conception pour le développement ultérieur du concept structurel proposé.

Les tendances de l'ingénierie des matériaux mettent en avant le développement de solutions structurelles efficaces1,2. En conséquence, il y a une tendance à développer de nouveaux matériaux de structure pour changer le béton et l'acier traditionnellement utilisés3. Les polymères renforcés de fibres (PRF) définissent l'alternative prometteuse à l'acier, et les composites à base de fibres de carbone, de verre et d'aramide sont les PRF les plus courants sur le marché4,5. Il est connu que la technologie de fabrication affecte les performances mécaniques des composites FRP. Ainsi, cette étude se concentre sur les objets pultrudés en raison de la capacité des technologies de pultrusion à produire un grand volume à de faibles coûts d'exploitation et à un taux de fabrication, une teneur en fibres et des tolérances géométriques élevés6,7.

La direction de la pultrusion et la distribution des filaments de renforcement coïncident, garantissant les performances mécaniques des pièces structurelles en PRF6,7,8,9. Cependant, de tels composants subissent souvent des charges transversales concernant la voie de pultrusion ; de plus, les détails pultrudés doivent résister aux contraintes locales induites par le retrait des boulons4,5. Par conséquent, le roving unidirectionnel lisse et les mats protègent les filaments longitudinaux, ce qui complique la structure de renforcement interne du matériau FRP6. Dans le même temps, ces moyens de protection supplémentaires peuvent être insuffisants pour développer des structures en PRF10,11,12. De plus, le module de déformation relativement faible des matériaux FRP typiques augmente les déformations des composants structurels. Conjugué à la réduction du poids propre augmentant les déplacements cinématiques13, ce dernier problème rend important le développement de structures hybrides comprenant du béton résistant à la compression et des profilés en PRF haute performance en tension.

Bien que les systèmes composites hybrides soient applicables pour l'ingénierie des ponts13,14,15, l'incertitude des propriétés de liaison inter-composants complique le développement de ces structures innovantes. La solution typique se concentre sur l'amélioration de la liaison locale, en utilisant des perforations de profil FRP et des systèmes d'ancrage mécanique, par exemple, Mendes et al.16 et Zhang et al.17. Cependant, la conception de telles structures sort du cadre réglementaire standard. Dans le même temps, le problème des obligations complique l'analyse structurelle et la modélisation numérique18,19. Pourtant, des études9,20,21,22,23 décrivent des exemples d'analyse typiques, en négligeant le problème des obligations.

Les références8,24,25,26,27 définissent les cas où les paramètres de liaison étaient parmi les sujets de recherche. Par exemple, Chen et al.26 ont concentré leurs recherches sur les propriétés de liaison du stratifié FRP. Quatre travaux restants prennent en compte les performances de liaison FRP-béton des systèmes structuraux hybrides, qui décrivent l'objet de recherche de cette étude. Dang et Phan8 et Cai et al.25 ont étudié les performances de liaison des barres de PRF dans le béton. Robinson et Melby24 ont étudié la résistance mécanique du tube en GFRP rempli de béton, et Muc et al.27 ont simulé la dalle de pont composite. Cependant, une publication rare considère la résistance du joint de support des profils FRP, par exemple, Zhang et al.28.

En revanche, cette étude utilise la solution de pont à ruban de contrainte pour créer le prototype de poutre hybride, combinant la dalle en béton renforcé de fibres polymères (PFRC) et le profil FRP pultrudé. Cependant, le système structurel proposé ne nécessite pas de supports massifs typiques des systèmes à ruban de contrainte15 en raison de la combinaison du béton, résistant à la charge de compression induite par le profil renforcé de fibres de verre (GFRP) réparti dans la zone de tension de l'élément de flexion. De plus, la fixation fiable des profilés aux supports assure le comportement composite de la poutre hybride. De plus, il simplifie le modèle d'éléments finis (FE) correspondant, permettant l'hypothèse d'une liaison parfaite entre les pièces composites. Ainsi, ce modèle EF décrit la référence pour le développement du système de faisceau hybride. Les tests de flexion confirment l'adéquation de la solution et illustrent la situation dans laquelle le résultat prédit numériquement détermine l'efficacité du système hybride et fournit au concepteur la référence structurelle.

La poutre conçue comprend la dalle en béton renforcé de fibres polymères (PFRC), résistant à la force de compression des joints de support et fixant le profil renforcé de fibres de verre (GFRP, profil en I 120 × 60/6/6 mm de Fiberline, Danemark). Les simulations préliminaires29 ont déterminé la géométrie du bloc d'appui. De plus, une bande de polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP, 10 × 1,4 mm par S&P C-Laminate, Royaume-Uni) renforce la face la plus tendue du profil GFRP. La figure 1 montre les sections schématiques et anticipées de la poutre mixte.

Le schéma de faisceau hybride et les sections efficaces anticipées.

Le schéma structurel (Fig. 1) utilise le concept de pont de contrainte-ruban15,30 pour développer la poutre hybride. De cette manière, le béton assure une connexion fiable avec le profil GFRP sur les supports. De plus, la modélisation FE vérifie la viabilité du concept proposé lorsque l'approche de renforcement enduit7 décrit les performances mécaniques des composants FRP, le modèle de matériau physiquement non linéaire31 définit le comportement du PFRC et le modèle de liaison parfaite représente le problème de contact.

Le logiciel commercial Atena permet d'analyser la réponse à la déformation et de prédire la capacité portante de la poutre hybride ; les modèles de matériaux vérifiés dans les travaux précédents1,7,31 décrivent le comportement mécanique des composants PFRC et FRP. Le maillage tétraédrique génère le modèle d'éléments finis (FE), illustré à la Fig. 2. Les plaques élastiques de protection sur les points d'application de la charge (Fig. 2a) ont un maillage FE de 15 mm. La partie béton monolithique de la poutre (Fig. 2b) a un maillage de 30 mm ; la bande CFRP et le profil GFRP ont une taille d'élément fini de 7,5 mm. Les résultats de la surveillance du modèle sont les déplacements verticaux à mi-portée et les points d'application de la charge.

Le modèle éléments finis de la poutre hybride : (a) discrétisation EF ; (b) soutenir la vue.

Le modèle de matériau cimentaire non linéaire avec une résistance à la compression de 55 MPa31 détermine le comportement de déformation et le mécanisme de rupture du PFRC. Un modèle élastoplastique (module d'élasticité = 170 GPa et résistance à la traction = 2,8 GPa) détermine le comportement du matériau de la bande CFRP 10 × 1,4 mm1. Les éléments finis solides 3D décrivent la matrice polymère du profil GFRP, en supposant les principes de mécanique de rupture pour la rupture en traction et l'approche de plasticité pour la rupture en compression.

Gribniak et al.7 ont adapté le modèle de renforcement enduit, initialement développé pour les éléments en béton armé avec armature de treillis structurel32, pour représenter les filaments de verre et ont vérifié cette solution numériquement efficace, en simulant les essais de flexion en trois points du profilé FRP fabriqué par le même fabricant que cette étude. La vérification7 a démontré la capacité du modèle EF à prédire la capacité portante et la réponse à la déformation du profil. Une loi de comportement élastique-fragile définit la rupture en traction des fibres orientées dans le sens de la pultrusion. Un taux de renforcement enduit de 63,4 % a été supposé pour cette analyse, correspondant à la recherche précédente7. La matrice polymère a un module d'élasticité de 3,23 GPa et une résistance à la traction de 90 MPa. Les fibres de verre E (renfort enduit) ont un module d'élasticité de 73 GPa et une résistance à la traction de 3445 MPa ; les filaments ne résistent pas aux contraintes de compression. La connexion parfaite a été supposée entre tous les composants du modèle. La première étape de chargement considère le poids propre de la poutre. Deux charges ponctuelles ont été appliquées par incréments successifs, ce qui a entraîné une augmentation du moment de 0,125 kNm à chaque incrément de chargement successif sur la zone de flexion pure de 600 mm (Fig. 1). Des tests physiques vérifient l'adéquation du modèle.

Les essais physiques ont été réalisés en deux étapes et deux faisceaux nominalement identiques ont été produits pour chaque série. Les éprouvettes ont été coulées en utilisant les mêmes proportions de mélange avec une résistance à la compression cible de 55 MPa, comme considéré dans les études précédentes1,31. Les proportions de mélange suivantes pour un mètre cube ont été utilisées : 356 kg de ciment CEM I 42,5 R ; 201 litres d'eau; 177 kg de poudre de calcaire ; 890 kg de sable 0/4 mm ; et 801 kg de granulats concassés 4/16 mm. Le béton comprenait également 2,61 % du poids de ciment du superplastifiant Mapei Dynamon XTend et 3,5 kg de l'adjuvant SCP 1000 Optimizer. De plus, le mélange comprenait 4,2 kg de macrofibres Durus EasyFinish et 0,6 kg de microfibres CrackStop M Ultra d'Adfil NV (Belgique).

La construction des joints de support a fait la différence entre les séries de poutres. La première série a produit les prototypes de poutres hybrides à géométrie nominale, illustrés à la Fig. 1. La résistance insuffisante des supports dans la fixation du profil GFRP a motivé le développement de la deuxième série de poutres. Deux dalles rectangulaires de 550 × 550 × 40 mm et huit cubes de 100 mm ont été produits avec les poutres hybrides de chaque série. La table vibrante a densifié la structure en béton. Des perforations ont été localisées dans l'âme de la zone d'appui et la semelle supérieure du profilé GFRP pour améliorer les performances de contact avec le PFRC dans les poutres appartenant à la première série. Au contraire, les profils de la deuxième série n'avaient pas de perforation.

Toutes les poutres ont été coulées en position inversée. Des coffrages en acier avec des planches de contreplaqué ont été utilisés pour la production des poutres. Les inserts en polystyrène expansé et en bois ont été utilisés pour former les blocs de support, fixant le profil GFRP. Le béton a été coulé en deux couches. Dans la première couche, un tablier en béton de 55 mm d'épaisseur a été formé et densifié à l'aide de la table vibrante. Après cela, les supports en béton ont été formés à l'aide de bouchons en polystyrène expansé. Les cales de support de la première série de poutres assurent le recouvrement de 20 mm du profilé sur le support de poutre. Les blocs de soutènement en béton monolithique de 95 mm (Fig. 1) ont été densifiés en les piquant avec une tige métallique.

Les spécimens de poutre du deuxième groupe avaient des blocs d'ancrage améliorés - un profil rectangulaire en acier à section creuse de 100 × 200 mm protégeait le profil en PRV au niveau des supports. Cette modification a augmenté la longueur du bloc de support de 95 à 250 mm, mais la distance de support est restée la même. De plus, la largeur de la zone de compression du béton a été réduite pour simplifier la production de la poutre, en préservant la rigidité en flexion de la poutre en augmentant la hauteur de la zone de compression. Les composants restants du système hybride, c'est-à-dire le profil GFRP, la bande CFRP et l'adhésif, sont restés les mêmes. Les figures 3 et 4 montrent le schéma de la poutre et les vues du bloc d'ancrage.

Le schéma de faisceau hybride mis à jour et les sections transversales modifiées.

Préparation des blocs de support modifiés : (a) tube d'acier rectangulaire avec trous percés ; (b) inséré des barres de 6 mm et 8 mm ; (c) le tube d'acier à l'intérieur du coffrage.

Les barres d'acier verticales de 6 mm et horizontales de 8 mm empêchaient les mouvements du profilé en PRV à l'intérieur du tube en acier (Fig. 4). La barre de 8 mm est passée horizontalement au milieu du profil GFRP (Fig. 3). De la même manière que pour les poutres de la première série, deux prototypes de poutres, deux dalles de 550 × 550 × 40 mm et huit cubes de 100 mm ont été réalisés avec des proportions de béton identiques (décrites dans cette section, ci-dessus). Les échantillons de poutres ont été coulés en deux couches : la première couche, comprenant la dalle de béton, a été densifiée à l'aide de la table vibrante, et la deuxième couche a formé les blocs de support. Ce béton a été soigneusement réparti et densifié à l'intérieur des tubes de protection en acier à l'aide de tiges d'acier.

Les poutres des deux séries ont été démoulées après deux jours et stockées dans des conditions de laboratoire (température moyenne 20 °C et humidité relative 40 %) pendant 30 jours avant les essais. Le même schéma de chargement et la même distribution des appareils de mesure ont été utilisés pour toutes les poutres testées. La figure 5 montre les vues caractéristiques de la configuration d'essai de flexion. Un système de corrélation d'images numériques (Fig. 5a) a été utilisé pour capturer une défaillance soudaine des spécimens de faisceaux hybrides. Cependant, le manuscrit n'inclut pas ces résultats en raison de l'effondrement progressif des échantillons de faisceau. De plus, la surface inégale des faisceaux a rendu la procédure de corrélation d'image inefficace pour capturer les réponses de déformation. Ainsi, cette étude utilise les transducteurs linéaires à déplacement variable (LVDT) pour capturer les déplacements verticaux à mi-portée de la poutre et en dessous des points d'application de la charge (Fig. 5b). De plus, neuf LVDT ont surveillé les déformations de surface dans la zone de flexion pure. Ensuite, ils ont été appliqués pour surveiller les déformations longitudinales dans la zone de flexion.

Exemples de configuration de test de flexion du faisceau hybride : (a) la surface exposée pour la corrélation d'images numériques ; (b) distribution de transducteurs linéaires à déplacement variable, surveillant les déplacements verticaux et horizontaux.

Les essais de flexion ont été réalisés à l'aide d'une machine servohydraulique de 5 MN avec la charge appliquée de manière contrôlée en déplacement avec la vitesse de 0,4 mm/min. Une cellule de charge a été utilisée pour mesurer la charge appliquée. Un enregistreur de données ALMEMO 2890-9 a enregistré la lecture de tous les appareils LVDT et de la cellule de charge. Les sorties ont été collectées toutes les secondes.

Les essais de compression ont identifié une résistance de 65,6 MPa et 70,3 MPa de cubes de béton de 100 mm, ce qui correspond à la résistance de 49,9 MPa et 53,4 MPa des cylindres standard ∅150 × 300 mm33. Ces résultats sont raisonnablement en accord avec la force cible supposée de 55 MPa du PFRC. De plus, les résultats des tests de poinçonnement des dalles de 550 × 550 × 40 mm ont vérifié le modèle de matériau PFRC, et ces résultats ne sont pas inclus dans cet article.

La réponse moment-courbure décrit la mesure adéquate du comportement global de déformation des poutres composites1,7,33. L'analyse utilise les résultats de suivi des déplacements verticaux de la zone de flexion pure (Fig. 5b). La formule suivante définit la courbure sur la zone de flexion pure, en supposant la forme de déformation circulaire de l'axe central de la poutre1 :

où lb est la longueur de la zone de flexion pure (= 600 mm) ; L1, L2 et L3 sont les lectures LVDT (Figs. 1 et 5b).

La figure 6 montre les diagrammes moment-courbure correspondants à partir des résultats des tests physiques et des simulations numériques. Dans cette étude, les résultats de la modélisation EF définissent la référence pour le développement d'un système de poutre hybride efficace. Considérons la première série de résultats présentée sur la figure 6a. La résistance et la rigidité insuffisantes de la poutre hybride (Fig. 1) sont évidentes. Ainsi, les auteurs ont décidé de réduire la force de liaison (≈ 10 Pa) entre les composants en PRF (profilés en PRFV et bandes en PRFC) et les supports en béton (Fig. 2b). La figure 6b montre les résultats de simulation correspondants démontrant un accord parfait entre la prédiction du modèle FE et les résultats des tests. Ce fait a stimulé la modification des blocs de support (Fig. 3). Les lignes bleues de la figure 6a illustrent la réponse de déformation de la deuxième série de faisceaux. Les résultats des tests révèlent un accord notable avec le modèle FE, qui était considéré comme une référence efficace, en supposant la liaison parfaite entre toutes les parties composites de la poutre hybride. De plus, la deuxième série de poutres ne présentait aucune perforation du profil GFRP.

Les relations expérimentales moment-courbure des poutres hybrides comparées aux prédictions numériques : (a) le modèle de référence avec la liaison parfaite entre les composants composites ; (b) le modèle supposait un faible contact entre le profil GFRP et les blocs de support en béton.

Remarquablement, la figure 6 montre l'exemple conceptuel de la philosophie de conception proposée lorsqu'un modèle numérique vérifié expérimentalement décrit la référence cible. L'analyse détaillée nécessite des tests supplémentaires (pour s'assurer de la fiabilité des estimations numériques). Cependant, les différences entre les solutions alternatives présentées sur les Fig. 6a, b sont évidentes, illustrant l'efficacité du concept. Ainsi, les résultats de la deuxième série de poutres (Fig. 6a) permettent de mettre en relation l'amélioration des performances structurelles avec la modification proposée des joints de support, ancrant le profil GFRP. De plus, cette solution simplifie le modèle numérique - l'hypothèse de liaison parfaite résout les problèmes de modélisation rapportés dans la littérature27, rendant l'approche FE acceptable pour la conception des systèmes hybrides considérés dans cette étude.

La figure 5b montre la disposition des jauges de contrainte longitudinales. On peut observer que les dispositifs LVDT étaient répartis en trois lignes avec un décalage de 50 mm de la ligne inférieure par rapport à la surface inférieure du profil GFRP. La figure 7 montre les profils de déformation correspondant à la réaction du faisceau surveillée avec la cellule de charge - la déformation résulte de la moyenne de trois dispositifs LVDT répartis dans la rangée (Fig. 5b). La charge de 58 kN définit la rupture des poutres appartenant à la première série.

Distribution longitudinale des contraintes dans les poutres hybrides.

La distribution des déformations sur la Fig. 7 est proche de linéaire et est caractéristique pour tous les étages de chargement et les deux séries de poutres. Ce résultat confirme l'absence de glissement entre les composants de la poutre hybride, prouvant l'adéquation de l'hypothèse de liaison parfaite dans le modèle numérique. Dans le même temps, le comportement inefficace de la première série de poutres (Fig. 6b) nécessite une clarification, compte tenu des mécanismes de défaillance des poutres.

L'écrasement des blocs d'ancrage du profilé PRV résulte de la première série d'essais. La figure 8 montre une vue typique du support de poutre après l'effondrement. Ce résultat est une conséquence de la résistance insuffisante des matériaux FRP aux charges transversales à la direction de pultrusion, ce qui correspond aux résultats de la littérature6,28,30. Cependant, le modèle EF n'a pas pu représenter ce mécanisme de rupture en raison de la capacité limitée à simuler l'écrasement transversal des matériaux FRP (Fig. 6a), résultant de l'hétérogénéité de la structure du matériau7.

L'échec typique du bloc de support de la première poutre de série.

Les simulations de défaillance FRP avec Atena7,29 ont fourni des résultats similaires. Li et al.34 et Zhu et al.12 ont décrit une solution possible, en présentant le modèle d'endommagement progressif pour les composites stratifiés. Cependant, son application pour l'analyse des matériaux pultrudés est encore limitée. Au contraire, la modification des joints de support a simplifié le problème de prédiction de défaillance. Par exemple, la Fig. 9 montre le processus de localisation des défaillances prédit par Atena qui correspond aux résultats de déformation illustrés à la Fig. 6a. Cet exemple donne un aperçu du développement ultérieur des systèmes de poutres hybrides, qui modifient le concept de ruban de contrainte pour une utilisation efficace des matériaux composites avancés.

Mécanismes de défaillance des poutres hybrides : (a) La distribution de déformation prédite dans le modèle EF avec la liaison parfaite (Fig. 6a) ; (b) Rupture par cisaillement du béton dans la poutre de la deuxième série.

Cette étude présente un nouveau concept de conception du système de poutre hybride comprenant la dalle en béton renforcé de fibres synthétiques et le profilé FRP pultrudé fixé sur les supports. L'adaptation de l'approche structurale du ruban de contrainte15,30 permet de résoudre le problème de liaison et d'appliquer le modèle numérique simplifié, en supposant la liaison parfaite entre les composants composites. Le cas considéré illustre la conception des systèmes hybrides (Fig. 1) lorsque le résultat de la modélisation FE (Fig. 6a) définit la référence objective pour la procédure de conception décrivant l'efficacité du système hybride et modifie la cible structurelle (Fig. 3). La figure 10 schématise le concept proposé.

Le concept de conception adaptative.

D'une part, la solution structurelle proposée contredit l'idée traditionnelle d'amélioration de l'adhérence locale, par exemple, l'utilisation de perforations de profilés FRP et de systèmes d'ancrage mécanique (par exemple, références 16, 17). Au contraire, cette étude démontre que la solution au problème de support (résultant d'une faible résistance des profilés FRP pultrudés aux charges transversales) améliore les performances structurelles du prototype de pont, doublant la rigidité en flexion et la capacité portante de la structure par rapport au système de supports en béton faible.

D'autre part, la présente étude démontre le concept de développement structurel lorsque le résultat de la modélisation EF définit la référence cible de la procédure de conception. Comme le montre la figure 10, le concept de conception préliminaire ("1") produit le modèle numérique ("2"), les paramètres prédits déterminant la cible structurelle efficace. D'autres tests physiques ("3") vérifient la viabilité du concept "1" (c'est-à-dire, "Vérification 1"). Si nécessaire, un ingénieur modifie la solution de conception ("4"). L'adaptation itérative se poursuit jusqu'à ce qu'un accord acceptable entre les résultats physiques et numériques soit atteint (par exemple, "Vérification 2").

Cette étude introduit le concept de conception d'un nouveau système de poutre hybride lorsque le résultat prédit numériquement modifie la cible de conception. Les simulations numériques et les expériences physiques prouvent la viabilité de l'idée proposée. Les conclusions importantes suivantes découlent de cette étude :

L'adaptation de l'approche structurale de ruban de contrainte permet de résoudre le problème de glissement de liaison entre les composants composites, simplifiant le modèle numérique du système hybride.

La modification proposée des blocs d'ancrage assure une fixation fiable du profil GFRP. De plus, il résout le problème de vulnérabilité du FRP aux charges agissant dans le sens transversal à la voie de pultrusion.

Le concept de conception adaptative considéré, lorsqu'un modèle numérique vérifié expérimentalement décrit la cible de conception structurelle, démontre la possibilité d'applications pratiques, doublant la rigidité en flexion et la capacité portante de la structure par rapport au système de supports en béton faible. Cependant, des essais complémentaires sont nécessaires pour s'assurer de la fiabilité des résultats et optimiser la géométrie des blocs supports.

Le modèle numérique (éléments finis) développé détermine la référence adéquate pour concevoir les systèmes structurels hybrides et utiliser efficacement les matériaux composites avancés.

Les ensembles de données analysés dans cette étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Gribniak, V., Sultani, HA, Rimkus, A., Sokolov, A. & Torres, L. Quantification standardisée de l'efficacité structurelle des systèmes de renforcement hybrides pour le développement de composites de béton. Compos. Structure. 274, 114357. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114357 (2021).

Article Google Scholar

Hou, W., Wang, L. & Shi, D. Comportement en flexion de poutres en acier endommagées renforcées à l'aide de feuilles de polymère renforcées de fibres de carbone. Sci. Rep. 12, 10134. https://doi.org/10.1038/s41598-022-14471-9 (2022).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gribniak, V. Numéro spécial « Composites avancés : de la caractérisation des matériaux à l'application structurelle. Matériaux 13(24), 5820. https://doi.org/10.3390/ma13245820 (2020).

Article ADS CAS PubMed Central Google Scholar

Preinstorfer, P., Huber, T., Reichenbach, S., Lees, JM & Kromoser, B. Études de conception paramétriques du potentiel de réchauffement climatique lié à la masse et des coûts de construction des infrastructures en béton armé de PRF. Polymères 14, 2383. https://doi.org/10.3390/polym14122383 (2022).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Naito, K. Propriétés de traction statique et de fatigue des composites époxy renforcés de fibres hybrides carbone/verre. Sci. Rep. 12, 6298. https://doi.org/10.1038/s41598-022-10245-5 (2022).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Correia, RJ Pultrusion de composites avancés de polymères renforcés de fibres (FRP). Dans Advanced Fibre-Reinforced Polymer (FRP) Composites for Structural Applications (ed. Bai, J.) 207–251 (Woodhead Publishing, Cambridge, 2013).

Chapitre Google Scholar

Gribniak, V. et al. Une approche efficace pour décrire l'effet des fibres sur les performances mécaniques des profilés pultrudés en PRV. Devant. Mater. 8, 746376. https://doi.org/10.3389/fmats.2021.746376 (2021).

Article Google Scholar

Dang, HV & Phan, DN Enquête expérimentale et analyse de la zone de rotule plastique en flexion pure dans des poutres hybrides renforcées avec un rapport de renforcement élevé sous charges statiques. EUR. J. Environ. Civ. Ing. https://doi.org/10.1080/19648189.2021.1934553 (2022).

Article Google Scholar

Obaidat, AT Comportement en flexion d'une poutre en béton armé utilisant un système hybride CFRP. EUR. J. Environ. Civ. Ing. https://doi.org/10.1080/19648189.2021.1934552 (2022).

Article Google Scholar

Mosallam, AS Guide de conception pour les connexions composites FRP. Dans ASCE Manuals and Report on Engineering Practice 102 (ASCE, VA, USA, 2011).

Google Scholar

Malakhov, AV, Polilov, AN, Li, D. & Tian, ​​X. Augmentation de la capacité portante des plaques composites dans la zone des assemblages boulonnés en utilisant des trajectoires curvilignes et une fraction volumique de fibres variable. Méca. Compos. Mater. 57, 287–300. https://doi.org/10.1007/s11029-021-09954-1 (2021).

Annonces d'article Google Scholar

Zhu, Y., Zhu, H. & Gribniak, V. Analyse de l'effet de la géométrie de l'échantillon sur les performances mécaniques des connexions GFRP percées. Matériaux 15, 2901. https://doi.org/10.3390/ma15082901 (2022).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kim, YJ État de la pratique des composites PRF dans les ponts routiers. Ing. Structure. 179, 1–8. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.10.067 (2019).

Article Google Scholar

Ali, HT et al. Composites polymères renforcés de fibres dans l'industrie des ponts. Structures 30, 774–785. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.12.092 (2021).

Article Google Scholar

Juozapaitis, A., Sandovič, G., Jakubovskis, R. & Gribniak, V. Effets de la rigidité en flexion sur le comportement à la déformation des ponts à ruban de contrainte en acier et en FRP. Appl. Sci. 11(6), 2585. https://doi.org/10.3390/app11062585 (2021).

Article CAS Google Scholar

Mendes, PJD, Barros, JAO, Sena-Cruz, JM & Taheri, M. Développement d'un pont piétonnier avec des profils GFRP et un tablier en béton autoplaçant renforcé de fibres. Compos. Structure. 93(11), 2969–2982. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2011.05.005 (2011).

Article Google Scholar

Zhang, P. et al. Nouvelles poutres hybrides polymères renforcés de fibres (FRP)-béton à ultra haute performance (UHPC) avec une performance de cisaillement améliorée. Constr. Construire. Mater. 286, 122720. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122720 (2021).

Article CAS Google Scholar

Zou, X., Feng, P., Bao, Y., Wang, J. & Xin, H. Études expérimentales et analytiques sur les comportements de cisaillement des sections composites FRP-béton. Ing. Structure. 215, 110649. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110649 (2020).

Article Google Scholar

Zou, X., Lin, H., Feng, P., Bao, Y. & Wang, J. Un examen des sections hybrides FRP-béton pour les applications de pont. Compos. Structure. 262, 113336. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113336 (2021).

Article Google Scholar

He, J., Liu, Y., Chen, A. & Dai, L. Enquête expérimentale sur le GFRP hybride mobile et le tablier de pont en béton. Constr. Construire. Mater. 26, 49–64. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.05.002 (2012).

Article Google Scholar

Papapetrou, VS, Tamijani, AY, Brown, J. & Kim, D. Optimisation de la conception d'un pont hybride FRP/RC. Appl. Compos. Mater. 26, 249–270. https://doi.org/10.1007/s10443-018-9691-3 (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Siwowski, T., Kulpa, M., Rajchel, M. & Poneta, P. Conception, fabrication et essais structurels d'une poutre de pont en FRP entièrement composite. Compos. Structure. 206, 814–827. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.08.048 (2018).

Article Google Scholar

Siwowski, T., Rajchel, M. & Kulpa, M. Conception et évaluation sur le terrain d'un composite FRP hybride - Pont routier en béton léger. Compos. Structure. 230, 111504. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111504 (2019).

Article Google Scholar

Robinson, MJ & Melby, IH Effets de la liaison dans des tubes GFRP remplis de béton rectangulaires à courte portée. Compos. Structure. 133, 131–139. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.07.105 (2015).

Article Google Scholar

Cai, J., Pan, J. & Zhou, X. Comportement en flexion des poutres ECC et béton renforcées de basalte FRP. Constr. Construire. Mater. 142, 423–430. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.03.087 (2017).

Article Google Scholar

Chen, D., Sun, G., Meng, M., Jin, X. & Li, Q. Performances de flexion et rentabilité des stratifiés composites FRP hybrides carbone/basalte/verre. Structure à parois minces. 142, 516-531. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.03.056 (2019).

Article Google Scholar

Muc, A., Stawiarski, A. & Chwal, M. Conception des structures hybrides FRP/béton pour la construction de ponts. Compos. Structure. 247, 112490. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112490 (2020).

Article Google Scholar

Zhang, P. et al. Études expérimentales et théoriques sur les performances en cisaillement de poutres hybrides profilées FRP-béton innovantes en forme de boîte. Structures 28, 2772–2784. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.10.064 (2020).

Article Google Scholar

Jaruševičiūtė, A. Recherche sur la déformation du segment de dalle de profils composites en béton et en polymère. Thèse MSc, VILNIUS TECH, Vilnius, Lituanie (en lituanien) (2021).

Gribniak, V., Arnautov, AK & Rimkus, A. Le développement d'un système de préhension inspiré de la nature d'une bande de CFRP plate pour la disposition structurelle du ruban de contrainte. J. Comput. Dés. Ing. 8(2), 788–798. https://doi.org/10.1093/jcde/qwab014 (2021).

Article Google Scholar

Garnevičius, M., Plioplys, L., Ng, P.-L., Chu, S. & Gribniak, V. Enquête et amélioration des performances de liaison des macrofibres synthétiques dans le béton. Matériaux 13(24), 5688. https://doi.org/10.3390/ma13245688 (2020).

Article ADS CAS PubMed Central Google Scholar

Cervenka, V. Simulation informatique de la défaillance des structures en béton pour la pratique. Dans Actes du premier congrès de la fib Structures en béton au 21e siècle. 289–304 (Conférence principale de la session 13, Osaka, Japon, 2002).

Gribniak, V. Influence du retrait sur le raidissement en tension des structures en béton. Thèse de doctorat, Université technique de Vilnius Gediminas, Vilnius, Lituanie, 2009. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.4869.5122 (2009).

Li, X. et al. Évaluation des critères de rupture et des méthodes d'évolution des dommages pour les stratifiés composites sous impact à faible vitesse. Compos. Structure. 207, 727–739. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.09.093 (2019).

Article Google Scholar

Télécharger les références

Les auteurs remercient sincèrement le financement reçu du Fonds européen de développement régional (projet n° 01.2.2-LMT-K-718-03-0010) dans le cadre d'un accord de subvention avec le Conseil de la recherche de Lituanie (LMTLT).

Département des structures en acier et composites, Université technique de Vilnius Gediminas (VILNIUS TECH), Sauletiekio av. 11, 10223, Vilnius, Lituanie

Mantas Garnevičius & Viktor Gribniak

Laboratoire de Structures Innovantes du Bâtiment, VILNIUS TECH, Sauletiekio av. 11, 10223, Vilnius, Lituanie

Mantas Garnevičius & Viktor Gribniak

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Conceptualisation et méthodologie, VG; logiciel et validation, MG ; analyse formelle, VG; enquête, MG ; ressources, VG ; conservation et rédaction des données - préparation du projet original, MG ; rédaction—révision et édition, VG ; visualisation, MG et VG ; supervision, administration de projet et acquisition de financement, VG

Correspondance à Viktor Gribniak.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui autorise l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Garnevičius, M., Gribniak, V. Développement d'une poutre composite hybride FRP-béton. Sci Rep 12, 16237 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20666-x

Télécharger la citation

Reçu : 17 juillet 2022

Accepté : 16 septembre 2022

Publié: 28 septembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-20666-x

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.