Performance sismique d'un nouveau joint de charpente en béton préfabriqué avec un bâti

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5334 (2023) Citer cet article

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Une nouvelle connexion poutre-colonne à ossature en béton préfabriqué est conçue dans le cadre de cette recherche. La connexion adopte le mode d'assemblage de la colonne préfabriquée et de la zone de joint conjointement pour maintenir l'intégrité de la zone de joint et augmenter l'efficacité de l'assemblage. Basé sur la connexion conventionnelle par manchon d'injection, un dispositif à ressort à disque est construit à l'extrémité de la poutre pour améliorer la ductilité du joint. Dix éprouvettes de connexion ont été testées sous de faibles charges cycliques, dont deux connexions monolithiques, quatre connexions préfabriquées ordinaires et quatre nouvelles connexions préfabriquées. Les paramètres de test comprenaient le type de joint et le rapport de pression axiale, et la différence de performance sismique a été déterminée en évaluant le mode de rupture, les caractéristiques d'hystérésis, la dégradation de la rigidité, la dissipation d'énergie et la déformation par cisaillement de la zone de joint. Par rapport aux connexions monolithiques, les connexions préfabriquées conventionnelles présentent des caractéristiques d'hystérésis similaires. Bien que leur ductilité soit légèrement inférieure, leur capacité portante est plus élevée. Par rapport aux deux connexions précédentes, la nouvelle connexion avec le dispositif à ressort à disque intégré présente des performances sismiques supérieures. Le rapport de pression axiale est un aspect important dans la détermination du mode de rupture de la connexion préfabriquée, et l'éprouvette présente moins de dommages par cisaillement à un rapport de pression axiale plus élevé.

Les structures à ossature en béton préfabriqué (PC) présentent les avantages d'améliorer la qualité de la construction, d'améliorer l'efficacité de la construction, d'économiser la main-d'œuvre, d'économiser de l'énergie et de réduire les émissions ; par conséquent, le sujet stratégique de l’industrialisation de nouveaux bâtiments basés sur des structures à ossature PC a fait l’objet d’une attention croissante au cours des dernières décennies1,2,3,4. Cependant, la mauvaise performance sismique des structures à ossature PC lors des tremblements de terre a été la raison limitant l'utilisation généralisée des structures à ossature PC dans les zones à haute intensité5. Il est bien connu que les performances sismiques des structures à ossature PC sont fortement corrélées à la fiabilité de la connexion poutre-colonne PC. Dans de nombreuses études expérimentales, il a été constaté que le phénomène d'effondrement des bâtiments de PC, provoqué par des défaillances des connexions poutre-colonne de PC, est le plus courant6,7. Par conséquent, l’évaluation des performances sismiques des connexions poutres-colonnes à ossature PC est une condition préalable à la mise en œuvre généralisée de structures à ossature préfabriquées en béton dans des emplacements à haute intensité.

La ductilité et la consommation d'énergie ont été étudiées de manière approfondie comme deux aspects cruciaux influençant les performances sismiques des connexions de châssis PC. Le mode d'assemblage des composants préfabriqués a un effet direct sur la consommation énergétique de la structure du châssis PC, et plusieurs chercheurs ont amélioré l'efficacité énergétique de la connexion PC en inventant différents modes d'assemblage. Actuellement, le mode d'assemblage le plus répandu consiste à préfabriquer séparément les éléments de poutres et de colonnes, qui sont ensuite amenés sur le site pour assemblage et coulés avec du béton au niveau des joints8,9. Différentes formes de rassemblement présentent des problèmes distincts. Après avoir coulé le béton dans la colonne10,11, la zone de coulée de la colonne est trop grande, ce qui entraîne une construction inefficace, et l'apparition de points faibles dans la colonne est préjudiciable à sa consommation d'énergie. Couler du béton à l'extrémité de la poutre12 peut garantir l'intégrité du poteau et se conformer au principe de conception d'un « poteau fort et d'une poutre faible » en conception sismique ; cependant, les nervures longitudinales de la poutre ne peuvent pas être continues au niveau des joints, et il est difficile d'assurer une transmission efficace des contraintes lors de tremblements de terre. Ensemble, les composants préfabriqués et les joints assurent l'intégrité de la région des nœuds et permettent à la zone de joint d'avoir une meilleure performance en matière de consommation d'énergie5,13. La forme fiable de la connexion de renforcement à l'intérieur de l'élément préfabriqué est un autre facteur clé affectant la capacité de consommation d'énergie de la connexion du cadre PC, et la connexion à recouvrement commune nécessite une longue longueur de recouvrement et une faible force de liaison14,15. Les études qui améliorent les connexions à recouvrement ont démontré que même si elles peuvent améliorer leurs performances sismiques, le processus complexe de fabrication et de construction rend difficile la promotion des composants préfabriqués16,17. Les raccords à manchon sont largement utilisés pour leur fonctionnement simple, leurs joints fiables et leurs excellentes capacités de transfert de contraintes ; cependant, la ductilité des composants PC est faible en raison de leurs caractéristiques inhérentes5,18.