Analyse expérimentale et modélisation micromécanique du comportement des fibres d'acier trefilées ancrées dans une matrice cimentaire
Résumé
C'est dans ce but que sont effectues des essais d'arrachement d'une fibre individuelle, dont on contrOle parfaitement la position par rapport a la fissure, Il ressort de l'etude bibliographique, que le comportement des fibres d'acier est un melange complexe d'ancrage mecanique et d'adherence. Toutefois, malgre la grande diversite de geometrie de fibres, aucune etude n'a envisage une modelisation reelle des phenomenes mobilises lors de l'arrachement, se limitant generalement a la definition de lois contrainte d'adherence-glissement,
Nous avons repris l'analyse du comportement de l'association elementaire fibre-matrice dans le cas des fibres trefilees de section constante. Pour cela, nous avons dans un premier temps concu un nouveau montage d'arrachement, permettant de travailler avec des matrices reelles telles que les betons, en s'affranchissant alors des problemes d'echelle dus a la taille des echantillons.
Par un programme experimental incluant l'effet de la longueur d'une fibre ondulee, de son orientation, et de la matrice, nous avons pu mettre en evidence les phenomenes qui gouvernent le mode de rupture lors de l'essai d'arrachement. Nous avons observe que, lorsque la fibre est extraite de la matrice, elle est redressee et les degradations internes de la matrice sont mineures, signe evident d'une plastification de l'acier de la fibre.
Nous avons modelise ce comportement par un equilibre energetique lors du glissement, en incluant les phenomenes de frottement et les phenomenes de plastification de l'acier. Ce modele micromecanique consiste en une equation differentielle que l'on integre sur la longueur ancree de la fibre, pour obtenir la force d'arrachement. Avec ce modele, nous demontrons que les phenomenes de frottement et d'ancrage mecanique, qui produisent les deformations plastiques, sont couples a l'echelle de la fibre.
La bonne concordance entre les courbes force-deplacement theoriques et les resultats experimentaux nous porte a croire que nous avons bien identifie les phenomenes de base qui gouvernent le comportement de la fibre.
The use of steel fibres in cementitious matrices results in a composite with a quasi-ductile behaviour. The fibres delay the propagation of the localization cracks by energy absorption. There now exists a wide variety of steel fibres, and the elementary fibre-matrix association must be understood in order to analyse the composite properties at the structural level.
For this purpose, pullout tests have been made of one single fibre the position of which against the crack is very well controlled. From the literature, we learn that steel fibre behaviour is a complex addition of anchorage and bond. In spite of the fact that there exists a wide variety of fibre geometries, no study has investigated the modelling of the basic phenomena involved in fibre pullout behaviour.
In this thesis, we analyse the behaviour of the elementary fibre-matrix association in the case of wiredrawn nonstraight fibres. At first, a new pullout setup was developed, allowing of the use of concrete matrices and avoiding scale effect resulting from specimen size.
With a broad-based experimental programme, including fibre length, orientation and matrix effects, the phenomena which govern the type of fibre failure have been brought to the fore. It has been observed that a wiredrawn nonstraight steel fibre is being pulled out from the matrix, it straightens, In addition, a cut-out of the experimental specimens reveals that the internal degradations of the matrix were of minor importance. It is evident that, the fibre slips into the path of its geometry and is continuously plastically deformed.
This behaviour has been modelled on the basis of energy equilibrium during fibre slipping, This micromechanical model includes both friction bond phenomena and steel plastification phenomenal and can be described with a differential equation
The agreement between the theoretical pullout load-slip curves and the experimental results would seem. to indicate that the behaviour of the wiredrawn steel fibres is now well understood.
Caractéristiques techniques
| PAPIER | |
| Éditeur(s) | Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) |
| Parution | 01/10/1993 |
| Nb. de pages | 196 |
| Format | 21 x 29,7 |
| Couverture | Broché |
| Poids | 538g |
| Intérieur | Noir et Blanc |
| EAN13 | 0000000488853 |
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