Utilisation de la dépendance du comportement de l'adhésif vis-à-vis de la pression hydrostatique pour optimiser la capacité des joints collés = Using the adhesive's behaviour dependence on the hydrostatic pressure to optimise adhesive joint capacity

National audienceLa technique du collage structural s'avère être de plus en plus utilisée dans le domaine du génie civil que ce soit dans le cadre de travaux de renforcements pour le collage d'éléments additionnels ou que ce soit dans le cadre de la réalisation de nouvelles structures en remplacement des techniques d'assemblages usuelles. Le collage structural induit cependant des concentrations de contraintes aux extrémités du joint collé et de nombreux auteurs se sont donc attachés à les étudier pour les réduire et par conséquent augmenter la capacité du joint collé, voire sa durée de vie. Toutes ces études concernent donc l'optimisation du transfert des efforts par collage. On s'intéresse ici à l'étude du rôle de la pression hydrostatique sur les capacités ultimes des adhésifs utilisés. Celle-ci permet de nous intéresser ensuite à une nouvelle forme de joint collé, à savoir, le joint « courbe » qui permet de créer naturellement une composante de compression hors plan du joint collé en extrémité. Dans un premier temps, une modélisation en mécanique linéaire classique est conduite pour étudier l'influence de différents paramètres géométriques sur les contraintes, puis nous nous intéressons à la mécanique de la rupture pour étudier la propagation d'éventuelles fissures pour cette nouvelle géométrie. Après avoir mené notre étude théorique, nous présentons ensuite quelques essais quasi-statiques comparant joint plan et joint courbe. Les résultats de ces investigations sont ensuite exploités au regard des divers développements théoriques exposés. Un brevet vient d'être déposé pour cette nouvelle géométrie, et des essais additionnels sont en cours de réalisation, mais le joint courbe semble prometteur

Conception d’un ancrage par collage, optimisé grâce à la dépendance du comportement de l’adhésif vis à vis de la pression hydrostatique

La technique du collage structural s’avère être de plus en plus utilisée dans le domaine du génie civil que ce soit dans le cadre de travaux de renforcements pour le collage d’éléments additionnels ou que ce soit dans le cadre de la réalisation de nouvelles structures en remplacement des techniques d’assemblages usuelles. Le collage structural induit cependant des concentrations de contraintes aux extrémités du joint collé et de nombreux auteurs se sont donc attachés à les étudier pour les réduire et par conséquent augmenter la capacité de l’assemblage, voire sa durée de vie. Toutes ces études concernent donc l’optimisation du transfert des efforts par collage. On s’intéresse ici à l’étude du rôle de la pression hydrostatique sur les capacités ultimes des adhésifs utilisés. Celle-ci permet de nous intéresser ensuite à une nouvelle forme de joint collé, à savoir, le joint " courbe " qui permet de créer naturellement une composante de compression hors plan du joint collé en extrémité. Dans un premier temps, une modélisation en mécanique linéaire classique est conduite pour étudier l’influence de différents paramètres géométriques sur les contraintes, puis nous nous intéressons à la mécanique de la rupture pour étudier la propagation d’éventuelles fissures pour cette nouvelle géométrie. Après avoir mené notre étude théorique, nous présentons ensuite quelques essais quasi-statiques comparant joint plan et joint courbe. Les résultats de ces investigations sont ensuite exploités au regard des divers développements théoriques exposés. Un brevet vient d’être déposé pour cette nouvelle géométrie, et des essais additionnels sont en cours de réalisation, mais le joint courbe semble prometteur

Creep behavior of cold-curing epoxy adhesives: analysis and predictive approach

Composites In Civil Engineering (CICE), VANCOUVER, CANADA, 20-/08/2014 - 22/08/2014Creep behavior of cold-curing epoxy adhesives: analysis and predictive approach This study investigates the creep behavior of two commercially available cold-curing epoxy adhesives, intended for the bonding of external composite reinforcements on concrete structures. In a preliminary stage, the characteristics of the mineral fillers (nature, content and size) contained in the two systems were determined, and the viscoelastic properties of the unfilled epoxy matrices extracted from these systems were analyzed. Short-term tensile creep experiments were then carried-out on cured samples of the two adhesives and their unfilled matrices, in order to evaluate the influence of the fillers and the polymer network characteristics on the instantaneous and delayed mechanical responses. Finally, two predictive approaches based on either the Time-Temperature Superposition Principle (TTSP) or the Time-Stress Superposition Principle (TSSP) were applied to evaluate the long-term creep behavior, and their suitability in the case of cold-curing adhesives was discussed

Use of curved adhesively bonded anchorage for a pultruded composite cable

International audienceIn order to join a plane composite cable to the main structure of a composite footbridge designed within (Caron, 2009), it was decided to investigate structural adhesive bonding. This technique is indeed particularly adapted to composite materials. However structural adhesive bonding induces stress concentrations at the edges of the adhesive joint, which have been studied by a large number of researchers in order to reduce these phenomena and increase the capacity and service life of the bonded joint (Kinloch, 1987). These studies are all concerned with optimizing shear stress transfer in adhesively bonded joints. This paper investigates the role of hydrostatic pressure on the ultimate capacities of common civil engineering adhesives. The conclusions led us to study a new joint geometry, the " curved " bonded joint that naturally creates compressive stresses on the edge of the bonded joint. Several experimental investigations are presented within this paper to illustrate the optimization. These are quasi-static tests that compare classical shear lap joints to curved joints. Additional testing is currently in progress, but the curved bonded joint seems to hold good prospects and a patent has been filed

Use of a curved adhesively bonded anchorage for a pultruded composite cable

7th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering (CICE), VANCOUVER, CANADA, 20-/08/2014 - 22/08/2014In order to join a plane composite cable to the main structure of a composite footbridge designed within (Caron, 2009), it was decided to investigate structural adhesive bonding. This technique is indeed particularly adapted to composite materials. However structural adhesive bonding induces stress concentrations at the edges of the adhesive joint, which have been studied by a large number of researchers in order to reduce these phenomena and increase the capacity and service life of the bonded joint (Kinloch, 1987). These studies are all concerned with optimizing shear stress transfer in adhesively bonded joints. This paper investigates the role of hydrostatic pressure on the ultimate capacities of common civil engineering adhesives. The conclusions led us to study a new joint geometry, the 'curved' bonded joint that naturally creates compressive stresses on the edge of the bonded joint. Several experimental investigations are presented within this paper to illustrate the optimization. These are quasi-static tests that compare classical shear lap joints to curved joints. Additional testing is currently in progress, but the curved bonded joint seems to hold good prospects and a patent has been filed

Enhanced layerwise model for laminates with imperfect interfaces - Part 2: Experimental validation and failure prediction

fig., bibliogr.International audienceIn this paper, the layerwise model for laminates with imperfect interfaces and enhanced in Part 1 of this work is confronted with experimental results. The model calculations are validated by comparing its sliding predictions in double lap adhesive joints to the sliding measurements performed in a previous paper. The model predictions agree with the experimental results. Finally, the model is applied to the failure analysis in double lap joints and T-peel joints exhibiting adherend, adhesive and cohesive failures. The model calculations and pertinent failure criteria provide accurate predictions and may become a helpful tool suitable to the design of adhesive joints

A layerwise finite element for multilayers with imperfect interfaces

This article is aimed at proposing a new development of a layer-wise 2D finite-element method for multilayers considering the laminated plate as a superposition of Reissner plates coupled by interfacial stresses.Here, despite the 2D description of the laminates, the interfaces show a particular behavior, elastic or elastoplastic (Von-Mises criterion). The finite element formulation is derived and an eight-node multiparticle element is detailed. The application example of a double lap joint with an elastoplastic adhesive is then considered. The adhesive layer is modeled as an interface. The loading scheme is a load-unload-load one. Interface shear and normal stresses are compared to 3D finite element results. A good agreement between both techniques is observed, particularly for the prediction of the history of the slip between the two adherends and the plastic strains in the adhesive

Auscultation des assemblages collés par acousto-ultrasons : Application à des assemblages acier-composite du génie civil

JNC 21, Journées Nationales sur les Composites, BORDEAUX, FRANCE, 01-/07/2019 - 03/07/2019Le renforcement des structures (béton et acier) par collage de matériau composite est de plus en plus fréquent dans le domaine du génie civil depuis les années 80-90. Cependant, des défauts et/ou endommagements présents dans l'assemblage collé diminuent l'efficacité de cette solution technique. Dès lors, il est nécessaire de mettre à la disposition de ses futurs utilisateurs des outils pour détecter, voir identifier des défauts et/ou endommagements présents dans ces assemblages collés sans pour autant nuire à leur future utilisation.Les techniques actuellement utilisées dans l'auscultation des assemblages collés ne permettent pas détecter des zones mal polymérisées ou des défauts d'adhésion. La détection de ces types de défaut constitue donc un verrou important freinant l'utilisation du collage structural. Dans cette étude, nous éprouvons la potentialité de la technique des acousto-ultrasons à répondre à cette problématique.Une série d'assemblages collés de renforts composites sur plaque métallique a été réalisée avec différents types de défauts maitrisés. Des mesures par acousto-ultrasons ont permis d'évaluer dans un premier temps la répétabilité de la technique puis d'estimer sa capacité à détecter et discerner les défauts étudiés. Plusieurs méthodologies ont été évaluées : une analyse des coefficients de corrélation des spectres fréquentiels, une analyse paramétrique et enfin une Analyse par Composantes Principales (ACP).L'analyse paramétrique s'est avérée efficace à déceler les défauts d'adhésion et de vieillissement de la colle. Une exploitation des données de type Analyse par Composantes Principales a été nécessaire afin de pouvoir détecter l'ensemble des défauts étudiés

Comportement en fluage des interfaces collées béton/composite : étude expérimentale et développement d'un modèle analytique

L’objectif de ce travail est le développement et la validation d’un modèle analytique permettant d’analyser le comportement en fluage de l’interface adhésive entre un substrat en béton et un composite collé. Une étude antérieure a permis de concevoir un banc de fluage innovant capable de solliciter simultanément trois corps d’épreuve à double recouvrement. L’instrumentation des corps d’épreuve au moyen de jauges permet de suivre l’évolution du profil de déformation le long du recouvrement. Les mesures réalisées sur une période de un mois en conditions standard (T=25°C et H.R. = 50%), ont ainsi permis de calculer les profils de répartition des contraintes de cisaillement le long de l’interface collée directement après le chargement et après un mois de fluage. Par ailleurs, le comportement en fluage de l’adhésif a pu être identifié à partir d’une approche prédictive basée i) sur des essais de fluage thermo-stimulés, ii) sur l’application du Principe de Superposition Temps-Température (construction des courbes maîtresses) et iii) sur l’utilisation du modèle rhéologique de Burgers, ce qui a permis de proposer un modèle de fluage linéaire pour l’adhésif étudié. Le second volet de ce travail a consisté à introduire le modèle rhéologique de la couche de colle précédemment identifié, dans l’équation du modèle de Völkersen, traditionnellement utilisée pour évaluer la réponse élastique instantanée d’un joint adhésif, mais qui permet ici de calculer, à chaque pas de temps, la répartition des contraintes de cisaillement le long du recouvrement et de décrire le comportement en fluage de l’interface collée béton/composite sur la durée considérée. La confrontation entre ces simulations et les données expérimentales montre que le modèle analytique reproduit assez fidèlement les profils expérimentaux instantanés ou mesurés après un mois de fluage. Cette cohérence entre les différents résultats peut être considérée comme un élément fort de validation du modèle proposé

Adhesively Bonded FRP Reinforcement of Steel Structures: Surface Preparation Analysis and Influence of the Primer

International audienceAbstract In tropical areas, with marine environment, high temperature and humidity, corrosion is a constant threat. The maintenance of steel structures (like FPSO’s) is becoming a challenge. The current technique of “crop and renewing” repair involves a certain number of major issues for project owners such as: “hot work”, that is to say welding; temporary weakening of the structure; need to empty, clean and purging the oil tanks of the FPSO’s, resulting in long downtime and an expensive solution. “Cold repair”, such as composite repair, is a promising solution. However, surface preparation and the influence of the primer are crucial issues to be addressed to ensure the strength and reliability of this type solution based on bonded patch. The paper presents an experimental study of the influence of the surface preparation and the primer on the strength of small steel bonded specimens which have been deliberately degraded by corrosion and pollution. Several surface preparation methodologies were investigated and the quality of these preparations was assessed using methods that can be implemented on site. Two main aspects were investigated: the detection of the residual presence of pollutants through the use of a portable infrared spectrometer; and the determination of surface energy after preparation using contact angle and wettability measurement equipment. To study the impact of the primer on the adhesion capacity of the steel surface, critical toughnesses measurements was performed with End notch flexure tests. Three configurations have been tested: bonding with the epoxy resin without initial application of primer and bonding with the Epoxy resin with initial application of two Primer A and B. The results shown clearly that the type of primer and the quality of its application are paramount importance to ensure the strength of steel bonded patches