Mechanics of fibre-reinforced polymer - concrete interfaces

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Abstract

A finite element model is developed for analyzing the interfacial behaviour for fibre-reinforced polymer (FRP) laminates externally bonded to concrete prisms and subjected to direct shear. The element sizes of the FRP, adhesive, and concrete at the interface were chosen to be very small (0.25–0.5 mm) so that the debonding behaviour could be properly captured. The behaviour at the interface between the FRP composite and the concrete is modelled using truss elements connecting the FRP laminate to the concrete block. The truss elements incorporate a nonlinear bond stress-slip relationship controlled by several parameters related to the characteristics of the FRP composite, adhesive, and concrete. Results are given in terms of the load capacity of the joint and the stress and strain distributions in the FRP, at the interface, and in the concrete. In addition, the transfer lengths, as well as the force transfer between the FRP laminate and the concrete block, are investigated. Comparisons between the finite element results and available experimental data are presented.

Un modèle par éléments finis est développé afin d'analyser le comportement de l'interface des laminés de polymères renforcés de fibres (PRF) collés sur l'extérieur de prismes de béton et soumis à un cisaillement direct. Les dimensions des éléments de PRF, de l'adhésif et du béton à l'interface ont été choisis très petites (0,25 à 0,5 mm) afin bien saisir le comportement lors de la rupture de l'adhérence. Le comportement de l'interface entre le composite PRF et le béton est modélisé en utilisant les membrures des poutres en treillis reliant le laminé PRF au bloc de béton. Les membrures des poutres en treillis incorporent une relation non linéaire contrainte-glissement du lien contrôlée par plusieurs paramètres associés aux caractéristiques du composite PRF, de l'adhésif et du béton. Les résultats sont donnés en termes de capacité portante du joint ainsi que les distributions de forces et de contraintes dans le PRF, l'interface et le béton. De plus, les longueurs de transfert et la force de transfert entre le laminé PRF et le bloc de béton sont étudiées. Les comparaisons entre les résultats d'éléments finis et les données expérimentales disponibles sont présentées. Mots-clés: analyse non linéaire par éléments finis, joints collés PRF-béton, éléments d'interface, rupture de l'adhérence, comportement de l'interface, longueurs de transfert.

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