Éléments en acier sous charges de fatigue, renforcés par des lamelles précontraintes en matériau composite

Abstract

Le collage de lamelles précontraintes en matériau composite sur des éléments structuraux en acier constitue un procédé prometteur pour le renforcement d'éléments déjà fissurés et pour la prévention de la fissuration due à la fatigue. La précontrainte introduit des efforts de compression dans les éléments fissurés et contribue ainsi à la fermeture des fissures au front de celles-ci. Cette technique modifie également la géométrie des fissures par pontage de leurs faces et réduit ainsi la force d'extension des fissures. L'objectif de l'étude présentée est de valider cette technique pour augmenter la durée de vie des ponts en acier déjà anciens, notamment rivetés. Cette étude théorique et expérimentale a été effectuée à l'ICOM, en collaboration avec l'Université technique de Milan. Dans cet article, un accent est mis sur le problème du décollement à l'interface adhésif/tôle d'acier. Sont présentés, dans la première partie de l'article, les essais de fatigue qui ont été effectués, d'abord sur des éprouvettes constituées de tôles d'acier entaillées, puis, sur des poutres renforcées par des lamelles en CFRP (*). Tous les phénomènes observés ont pu être correctement reproduits à l'aide des modèles de calcul développés. Dans une deuxième partie, le modèle décrit permet de calculer la force d'extension de la zone de décollement à l'interface adhésif/tôle d'acier provoquée par l'ouverture de la fissure dans la tôle. En effet, l'étendue de cette zone de décollement affecte de manière significative l'efficacité de la répartition. L'influence de divers paramètres sur le décollement à cet interface - tels le module d'élasticité des lamelles en composite, l'épaisseur de la couche d'adhésif ou le niveau de la précontrainte - est présentée. Finalement, dans une troisième partie, une méthode de prédimensionnement des renforcements est présentée. Elle permet au praticien d'estimer le nombre de lamelles et la précontrainte nécessaires pour renforcer efficacement une poutre rivetée.