Schlüsselwörter
(Englisch)
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Road Bridges, Steel-Concrete connection, Fatigue Resistance, Tests, Adherence, Cement Paste, Epoxy, Durability
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Schlüsselwörter
(Französisch)
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Ponts-routes, connexion acier-béton, résistance à la fatigue, essais, adhérence, coulis de ciment, epoxy, durabilité
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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A new type of connection was developed recently to carry out the steel-concrete connection of composite beams used in the field of the bridges. This innovative connection transmits the longitudinal shear by friction between the steel beam and the prefabricated concrete slab by means of a ribbed sheet and of a cement grout. Theoretical and experimental studies showed the good resistance of this connection under static loads and that the technological aspects concerning its practical realization had been solved. The advantages of this new connection are the speed of construction, thus decreasing the time of construction of a composite bridge and the durability of the connection and and of the composite bridge thanks to a transmission of efforts by friction. The behaviour under variable load of this connection by adherence, although promising, was not examined and analyzed in a scientific and detailed way. A model of behaviour and a method of calculation for this case do not exist. The goal of the project is to acquire an experimental data base in this field by means of fatigue tests carried out on push-out test specimen The test results will be used to justify the good resistance to fatigue of this connection and will make it possible to develop a dimensioning method.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Un nouveau type de connexion a été développé récemment pour réaliser la liaison acier-béton des poutres mixtes utilisées dans le domaine des ponts. Cette connexion novatrice transmet les efforts rasant par frottement entre la poutre métallique et la dalle en béton préfabriquée au moyen d'une tôle nervurée et d'un coulis de ciment. Des études théoriques et expérimentales ont démontré la bonne résistance de cette liaison sous charge statique et que les aspects technologiques concernant sa réalisation pratique avaient été résolus. Les avantages de cette nouvelle connexion sont la rapidité de construction, diminuant ainsi le temps de construction d'un pont mixte et la durabilité de la liaison et du tablier grâce à une transmission d'efforts par frottement.
Le comportement sous charge variable de cette connexion par adhérence, bien que prometteur, n'a pas encore été examiné et analysé de manière scientifique et détaillée. Un modèle de comportement et une méthode de vérification pour ce cas n'existent pas. Le but du projet est d'acquérir une base de données expérimentales dans ce domaine au moyen d'essais de fatigue exécutés sur des éprouvettes push-out. Les résultats d'essais serviront à justifier la bonne tenue en fatigue de cette connexion et permettront de développer une méthode de dimensionnement.
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Projektbeschreibung
(Französisch)
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Le projet consiste à réaliser plusieurs essais de fatigue en laboratoire sur la nouvelle connexion par adhérence pour contribuer à compléter les connaissances sur son comportement. L'utilisation de cette nouvelle connexion dans le domaine des ponts exige de mesurer, d'évaluer et d'analyser le comportement de la connexion par adhérence sous charge variable. Les quelques essais préliminaires effectués dans ce domaine lors du développement de la nouvelle connexion ont indiqué que cette connexion devrait montrer un comportement satisfaisant sous charge variable de fatigue. Néanmoins, les essais effectués sont insuffisants pour véritablement connaître et justifier le comportement sous charge de fatigue.
Les aspects scientifiques de modélisation du comportement sous charges de fatigue, de développement d'un modèle d'endommagement et de justification d'un modèle de dimensionnement dans ce domaine ne font pas partie de ce projet car ils sont l'objet d'un financement déjà acquis auprès du Fond national de la recherche scientifique. Seuls les aspects expérimentaux du comportement sous charge de fatigue font l'objet de ce projet.
Pour déterminer expérimentalement le comportement à la fatigue de cette nouvelle liaison par adhérence, nous estimons qu'il est nécessaire d'effectuer au minimum:
- 12 essais push-out sous charges cycliques, soit 4 groupes de trois essais identiques dont les paramètres sont l'amplitude des efforts agissant sur la connexion,
- 1 essai sur une poutre mixte, avec des charges cycliques pour confirmer les résultats des essais push-out, la poutre sera de forme et de dimensions identiques à celles que nous avons essayées statiquement. Cette partie expérimentale devrait fournir des résultats permettant de se prononcer sur une limite de sollicitations au-dessous de laquelle, les problèmes de fatigue sont inexistants. De plus, au moyen d'une instrumentation adaptée à l'intérieur de la connexion, les essais devraient permettre de détecter les endroits et les éléments de la connexion où l'endommagement débute et comment cet endommagement se propage
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Methoden
(Französisch)
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Essais de fatigue en laboratoire sur éprouvettes push-out et sur une poutre mixte.
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Spezielle Geräte und Installationen
(Französisch)
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Néant, le laboratoire d'essais des structures de l'IS dispose des bancs d'essais et des appareils de mesures adaptés aux essais et mesures dans le domaine particulier de la fatigue.
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Stand der eigenen Forschung
(Französisch)
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Le requérant possède une longue expérience aussi bien pratique que théorique dans l'étude du comportement des ouvrages mixtes acier-béton. De nombreux travaux récents de thèse effectués à l'ICOM sont à porter au crédit de cette expérience. Le requérant possède également une grande expérience dans l'évaluation des essais. D'autre part, l'ICOM possède une longue tradition de recherche dans le domaine de la fatigue dans le domaine de la construction métallique dont les apports profiteront au requérant pour effectuer les essais sur la nouvelle connexion.
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Projektziele
(Englisch)
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The new steel-concrete connection resisting by adherence which can be used in the field of composite bridges showed its remarkable resistance under static loads. However, knowledge relating to this innovative connection must still be extended, in particular with regard to its behaviour under variable loads. The aim of this research is to acquire this knowledge by means of fatigue tests carried out on push-out test specimen. The experimental results obtained will be used as references to justify the theoretical models describing the behaviour under variable loads, models whose developments are supported by another financial contribution
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Projektziele
(Französisch)
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Le nouveau type de connexion acier-béton résistant par adhérence utilisable dans le domaine des ponts mixtes a démontré sa remarquable résistance sous charge statique. Cependant, les connaissances relatives à cette connexion novatrice doivent encore être étendues, notamment en ce qui concerne son comportement sous charges variables. Le but de cette recherche est d'acquérir ces connaissances par l'intermédiaire d'essais de fatigue effectués sur des éprouvettes de type push-out. Les résultats expérimentaux obtenus serviront de références pour justifier les modèles théoriques décrivant le comportement sous charges variables, modèles dont les développements font l'objet d'un autre financement.
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Forschungsplan
(Französisch)
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D'une manière générale, le travail consiste à:
- fabriquer et instrumenter les éprouvettes d'essais,
- effectuer les essais de fatigue dont la durée est de quatre à cinq semaines,
- récolter et mettre en forme les résultats d'essais
Afin d'obtenir l'homogénéité souhaitable des éprouvettes d'essais, il est indispensable de fabriquer ces éprouvettes d'essais en même temps. Par conséquent, la suite du travail est la suivante:
1. Préparation et discussion pour la fabrication et la commande des éprouvettes, prise de contacts avec les entreprises (béton préfabriqué, construction métallique, injection),
2. Fabrication des éprouvettes avec 1ère instrumentation noyée dans les éprouvettes,
3. Instrumentation et essais des 12 éprouvettes push-out et de la poutre,
4. Mise en forme des résultats.
Rappelons que le dépouillement, l'analyse et l'exploitation des résultats expérimentaux ne fait pas partie du financement de cette recherche.
La préparation et la fabrication des éprouvettes sont comprises dans les 6 premiers mois, puis les essais se succéderont à une cadence d'un essai chaque 5 semaines environ, soit une durée d'essais s'étalant sur une année et demi environ. La totalité du financement s'étale donc sur deux ans depuis le départ du projet.
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Umsetzung und Anwendungen
(Französisch)
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Cette recherche expérimentale sur le comportement à la fatigue de la nouvelle connexion est indispensable pour utiliser ce type de connexion dans le domaine des ponts-routes. D'une part, ces connaissances permettront le développement et la justification d'outils utilisables par les concepteurs pour le dimensionnement de ces connexions à l'usage de la construction rapide de ponts mixtes.
La méthode de vérification à la fatigue de cette nouvelle connexion, développée à partir des résultats d'essais, viendra compléter la méthode de dimensionnement récemment développée et publiée [1]. [1] THOMANN, Michel. NOUVELLE CONNEXION ACIER-BÉTON PAR ADHÉRENCE.
In : Documentation SIA N° D 0212. Société suisse des ingénieurs et des architectes, Zurich, 2005, p. 43-53.
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Literatur
(Französisch)
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COLLIN, P.; JOHANSSON, B. Wettbewerbsfähige Brücken in Verbundbauweise. Stahlbau, Vol. 68, No. 11, pp. 908-918, 1999.
TADROS, M.K.; BAISHYA, M.C. Rapid Replacement of Bridge Decks, NCHRP report 407. Transportation research Board, National Research Council, Washington D.C., 1998.
LEBET, J.-P.; MEYSTRE, T. Remplacement de ponts sous trafic. Rapport ICOM, Laboratoire de la construction métallique, Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, 2006.
DAUNER, H.-G. Techniken zum Bau der Fahrbahnplatte bei Verbundbrücken. Stahlbau, Vol. 71, No. 8, pp. 625-631, 2002.
MUTTONI, A. Brücken mit vorgespannter Stahlunterspannung. Stahlbau, Vol. 71, No. 8, pp. 592-597, 2002.
DAUNER, H.-G. Neue Verbindungstechnik im Verbundbrückenbau. Report Nr 583, Swiss National Road Authority, Bern, 2005.
THOMANN, M. Connexions par adhérence. Rapport ICOM n° 535, Laboratoire de la construction métallique, Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, 2005. THOMANN, M. Connexions par adhérence pour les ponts mixtes acier-béton. EPFL Thesis n° 3381, Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, 2005.
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