Comportement au cisaillement et méthode de construction des assemblages clavetés en acier dans les poutres segmentaires préfabriquées

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11166 (2023) Citer cet article

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Les joints entre les segments représentent des points faibles et introduisent une discontinuité dans les structures, ils sont donc particulièrement importants dans les ponts segmentaires préfabriqués en béton. Dans cette étude, une nouvelle clé de cisaillement en acier a été conçue et 6 tests grandeur nature ont été réalisés. Diverses clés de cisaillement et types de joints ont été pris comme paramètres expérimentaux pour étudier la propagation des fissures, le mode de rupture, le glissement par cisaillement, la capacité portante ultime et la capacité portante résiduelle de divers joints soumis à une charge de cisaillement directe. Les résultats montrent que la rigidité et la capacité de cisaillement des joints clavetés en acier étaient supérieures à celles des joints clavetés en béton, et que le système structurel était plus stable que les joints clavetés en béton au moment de la fissuration. Les joints en béton et en acier époxy ont subi une rupture directe par cisaillement. Cependant, contrairement aux joints époxy pour béton qui ont subi une rupture fragile, les joints époxy à clé en acier ont démontré une grande capacité résiduelle. Basées sur la construction traditionnelle de ponts segmentaires, des méthodes de construction impliquant des joints à clé de cisaillement en acier, notamment une correspondance à ligne courte, une correspondance à ligne longue et des méthodes modulaires, sont introduites. Enfin, la faisabilité de la construction de joints clavetés en cisaillement en acier a été vérifiée par des tests techniques.

Le pont segmentaire en béton préfabriqué (PCSB) s'est développé rapidement en raison de ses avantages de conception économique et sûre, de construction rapide et polyvalente, d'absence de perturbation au niveau du sol, d'excellente facilité d'entretien, de faibles coûts de cycle de vie et de contrôle de qualité facilement réalisé1,2,3. Les joints sont les caractéristiques du PCSB, qui transmettent les contraintes de compression et de cisaillement des joints4,5. Mais le ferraillage et le béton sont discontinus au niveau du joint, qui est la partie faible de la structure6,7. Par conséquent, la performance en cisaillement des articulations a attiré l’attention des chercheurs.

Jones et al.8 et Buyukozturk et al.9 ont conclu que le comportement au cisaillement des joints secs dépend du niveau de contrainte de confinement. Zhou et al.10 ont effectué des tests sur les mécanismes de transfert de cisaillement d'une série de joints clavetés à grande échelle et ont conclu que les joints époxy ont une résistance au cisaillement systématiquement supérieure à celle des joints secs. Sangkhon et al.11 ont mené une étude expérimentale sur la forme des clés et estiment que la capacité de charge en cisaillement des clés semi-circulaires et triangulaires est évidemment meilleure que celle des clés trapézoïdales, mais que les clés semi-circulaires et triangulaires sont plus sujettes à une rupture fragile. Yuan et al.12 ont constaté que la ductilité des clés renforcées est supérieure à celle des clés en béton ordinaire et que le tendon interne contribue à améliorer la capacité de cisaillement des clés en béton. Choi et al.13 estiment qu'un niveau approprié de contrainte de confinement et d'époxy peut empêcher une défaillance soudaine des joints dans des conditions de chargement cyclique de forte amplitude. Al-Rousan et al.14 étudient l'influence des contraintes de confinement et de la résistance à la compression du béton sur le comportement en cisaillement des joints secs à une seule clé grâce à une simulation FEA non linéaire, et une formule de capacité de cisaillement a été proposée. Zhang et al.15 ont effectué des tests à grande échelle sur le comportement en cisaillement de joints époxy à plusieurs clés et ont proposé une nouvelle formule prenant en compte la répartition inégale des contraintes de cisaillement. Les résultats des tests d'Alcalde16 montrent que la contrainte de cisaillement moyenne transférée à travers l'assemblage diminue avec le nombre de clavettes mais cette influence est moins appréciée à mesure que la contrainte de confinement augmente. Zhan et al.1 ont mené des recherches expérimentales sur les performances de cisaillement des joints de dents clés (KTJ) sous des charges répétées et ont découvert que par rapport aux charges monotones, la capacité portante et la rigidité des KTJ sont considérablement réduites sous des charges répétées en raison des dommages. accumulation dans le béton. Pendant ce temps, Zhan et al.17 ont indiqué que le joint claveté du béton ordinaire apparaît comme une rupture par « cisaillement direct » sous chargement direct, et que l'ajout de barres d'acier internes contribuera à renforcer la connexion des joints clavetés et à convertir le mode de rupture dominant en mode « écrasement ». . Luo et al.18 ont proposé une expression analytique pour prédire la capacité de cisaillement dynamique des joints époxy sous différentes vitesses de déformation. Freitas et al.19 ont développé les enveloppes de rupture en tenant compte de la capacité de cisaillement multiaxiale clé avec la pression de confinement, P, le moment, M et la torsion, T. Ils ont constaté que les rapports entre le moment et le cisaillement, M/V, et la torsion et le cisaillement, T/ V, contrôlez le mécanisme de défaillance. Smittakorn et al.20 et Beattie et al.21 ont effectué des tests pour évaluer la résistance au cisaillement et la déformation des joints utilisant du béton renforcé de fibres d'acier (SFRC), et ont indiqué que l'ajout de fibres d'acier améliore la capacité de cisaillement et la ductilité des joints clavetés. Jiang et al.7 ont constaté que la résistance des joints secs à clé SFRC est 25 % supérieure à celle des joints à clé en béton conventionnels. Park et al.22 ont proposé un modèle analytique pour prédire la capacité de cisaillement des joints clavetés SFRC grâce à une enquête expérimentale. Voo et al.23, Gopal et al. 24 et Kim et al.25 ont effectué des tests sur la capacité de cisaillement du joint claveté en BFUP et ont constaté que les charges de rupture augmentaient avec le nombre de clavettes de cisaillement. Hu et al.4 ont obtenu une méthode de prédiction de la résistance au cisaillement du joint sec claveté en BFUP basée sur des résultats expérimentaux antérieurs et une simulation numérique. Sun et coll. 26 ont révélé que la ductilité des clavettes de cisaillement des barres d'acier ordinaires est meilleure, tandis que les clavettes de cisaillement des barres FRP présentent une plus grande fragilité. Issa et al.27 ont constaté que la spécification AASHTO néglige la contribution des résines époxy et sous-estime la résistance au cisaillement du joint époxy à clé unique. Rombach et al.28 ont proposé un nouveau modèle de conception pour les joints secs et estiment que la spécification AASHTO surestime la capacité portante des joints secs. Turmo et al.29 pensaient que le facteur de sécurité (0,75) devrait être pris en compte dans le calcul de la résistance au cisaillement des joints clavetés du béton par la formule AASHTO. Shamass et al.30 recommandent de réduire le coefficient de frottement utilisé dans l'équation du code AASHTO lorsqu'une pression de confinement élevée est appliquée.