Numerical assessment of the structural behavior of prestressed concrete beams damaged by corrosion

ABSTRACT

The tension and flexural behaviors of reinforced and prestressed concrete structures are seriously affected by the corrosion of reinforcing bars. In this paper, a numerical approach of the global behavior of the structure, particularly the load-deflection curve taking into account the deterioration of corrosion action is presented. It is formulated for the analysis of members subjected to monotonic bending or axial loads. The beam is modeled as a succession of portions or blocks delimited by two consecutive flexural or tensile cracks. The corrosion affects both the local bond stress-slip relationship and steel reinforcement. The results of the simulations are compared with test data from a French experimental research program (Benchmark des poutres de la Rance). The model is applied to ten reinforced or prestressed forty year old concrete.

RÉSUMÉ

La corrosion des armatures a une influence primordiale sur le comportement mécanique des structures en béton armé et précontraint. Dans cet article, un modèle de calcul numérique du comportement global de structures fléchies ou tendues en béton armé et béton précontraint est présenté. La méthode de calcul modélise la poutre en une succession de blocs séparés par les fissures de flexion. Les effets de la corrosion sont traduits par une diminution du diamètre des armatures et la mise en place d'une loi locale d'adhérence fonction du pourcentage de corrosion et du confinement de la gaine d'enrobage. Les performances du modèle de calcul sont comparées aux résultats des essais du programme de recherche « Benchmark des poutres de la Rance » réalisé sur des poutres en béton armé et précontraint sollicitées en traction et en flexion simple. Dix poutres en béton précontraint et béton armé âgées de quarante ans ont fait l'objet de simulations: quatre d'entre elles sous sollicitation de traction et six autres sous sollicitation de flexion simple.

KEYWORDS:

• corrosion
• beams
• load-deflection curve
• steel-concrete bond
• reinforced concrete

MOTS-CLÉS:

• corrosion
• méthode des éléments finis
• courbe effort-déplacement
• adhérence acier-béton
• benchmark