Construction Metallique Conception Calcul Lacroix1
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COURS de CONSTRUCTION METALLIQUE
Construction Mtallique
Conception Calcul
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Master of Sciences
Conception Calcul
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COURS de CONSTRUCTION METALLIQUE
LES ACIERS
1.1
Gnralits
1.1.1
Nuance et qualit
1.1.2
Courbe comportementale Type
1.1.3
Constantes usuelles pour les aciers
1.1.4
Valeurs nominales pour les aciers lamins
1.2
Tableaux pour les aciers de construction, les assemblages (Boulons, ancrages, soudures)7
1.3
Base de choix des aciers
1.3.1
Choix des nuances
1.3.2
Choix des qualits d'acier
2
11
11
12
6
6
6
6
6
15
15
2.2
La scurit des structures
2.2.1
Gnralits
2.2.2
La scurit relative la rsistance des structures:
2.2.3
La scurit relative lexploitation de louvrage:
15
15
16
18
2.3
18
19
3.1
Principes gnraux de la stabilit:
3.1.1
Equilibre du systme par rapport son support.
3.1.2
Stabilit mcanique
3.1.3
Stabilit dans ltat dform
3.1.4
Stabilit des lments de stabilisation.
19
19
19
19
20
3.2
Paramtres de conception
3.2.1
Les actions envisager dans la vie dun ouvrage
3.2.2
La nature des parois
3.2.3
La fonction du btiment et son intrt socio conomique :
3.2.4
Dure de vie programme
3.2.5
Le cot de ralisation
3.2.6
La gomtrie de ouvrage
21
21
22
22
22
22
23
3.3
Les lments de stabilit sous charges verticales
3.3.1
Gnralits
3.3.2
Poutres mes pleines profiles
3.3.3
Poutres PRS
3.3.4
Poutres Alvolaires
3.3.5
Poutres treillis
3.3.6
Comparaison des performances pour les planchers
3.3.7
Les rgles de prdimensionnement hors instabilit des poutres
25
25
27
27
27
29
32
32
3.4
Les lments de stabilit sous charges horizontales
3.4.1
Horizontaux
3.4.2
Verticaux Longitudinaux (pales)
3.4.3
Verticaux Transversaux
35
35
36
38
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3.5
40
3.6
40
41
4.1
41
4.2
42
4.3
42
4.4
Vrification la traction
4.4.1
suivant EC3 (EXCLU)
4.4.2
rgles de prdimensionnement
42
42
42
4.5
Vrification la flexion
4.5.1
Suivant EC3 (EXCLU)
4.5.2
rgles de prdimensionnement en fonction des sollicitations de flexion
42
43
43
4.6
Vrification l'effort tranchant
4.6.1
Suivant CM66
4.6.2
suivant additif 80
4.6.3
suivant EC3 (EXCLU)
4.6.4
rgles de prdimensionnement en fonction des sollicitations deffort tranchant
44
44
44
44
44
4.7
44
Vrification en torsion
4.8
Vrification sous sollicitations combines
4.8.1
Suivant CM66
4.8.2
Suivant additif 80
4.8.3
suivant EC3 (EXCLU)
45
45
45
45
4.9
Prise en compte des instabilits des sections
4.9.1
Voilement aile
4.9.2
Voilement global d'me
4.9.3
Voilement local d'me
45
45
45
45
46
5.1
Les tat limites de service (ELS)
5.1.1
Intrt
5.1.2
Dtermination des dformations
5.1.3
Valeurs limites
46
46
46
46
5.2
49
5.3
La vrification lELU dlments susceptibles dinstabilit globale au flambement
5.3.1
Phnomne physique. Paramtres Remdes
5.3.2
Les rgles de dimensionnement avec instabilit des profils
5.3.3
Longueurs de flambement. Paramtres.
49
49
49
52
5.4
La vrification lELUdlments susceptibles dinstabilit globale au dversement
5.4.1
Phnomne physique. Paramtres Remdes
5.4.2
Les paramtres influant sur le phnomne:
5.4.3
Vrification en lasticit
5.4.4
Vrification en plasticit
55
55
55
57
57
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5.4.5
58
5.5
La vrification lELU dlments susceptibles dinstabilit globale au voilement d'me62
5.5.1
Conditons de sollicitation.
62
5.5.2
Phnomnes Physiques
63
5.5.3
Vrification en lasticit
64
5.5.4
Vrification des raidisseurs
64
5.5.5
Les rgles de prdimensionnement des mes
64
5.6
6
La rsistance lincendie
66
67
6.1
67
6.2
67
6.3
les profils creux
gnralits : les mthodes
67
68
68
TYPES D'ASSEMBLAGES
68
8.1
Raboutages de poutres
69
8.2
70
8.3
72
8.4
72
8.5
74
8.6
75
8.7
75
8.8
76
3.8.
77
COMPOSANTS D'ASSEMBLAGES
9.1
78
Soudures
78
9.2
Boulons
9.2.1
Dimensions des boulons
9.2.2
Sections nominale et rsistante dun boulon
9.2.3
Nuances dacier
9.2.4
Diamtre des trous
9.2.5
Principe de calcul
78
79
79
80
80
81
9.3
81
9.4
Trusquinages
9.4.1
Base
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82
82
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9.4.2
9.4.3
9.4.4
9.4.5
9.4.6
9.4.7
9.4.8
10
VERIFICATIONS
10.1
11
Assemblages de plats
Pince longitudinale minimale
Pince transversale minimale
Valeurs maximales des pinces longitudinale et transversale
Entraxe minimum
Entraxe maximum dans les membrures comprimes
Entraxe maximum dans les membrures tendues
82
83
83
84
84
84
84
84
Introduction
84
10.2
Rsistance des assemblages en cisaillement (figure 1)
10.2.1
Rsistance du boulon au cisaillement
10.2.2
Rsistance la pression diamtrale
85
85
86
10.3
87
10.4
88
10.5
Rsistance la flexion
93
10.6
Rsistance la fatigue
10.6.1
FEM
10.6.2
EC3 (EXCLU)
10.6.3
Elments finis
95
95
95
95
10.7
95
Vrification lincendie
LES ANCRAGES
Quelques rgles
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LES ACIERS
1.1
1.1.1
Gnralits
Nuance et qualit
Lacier est dsign par une formulation 3 composantes du type E24-2 dans les anciennes normes
franaises et S235-JR dans les actuelles normes Europennes.
Les lettres E et S dsignent le matriau acier
La nuance, dsigne par 24 ou 235, correspond aux caractristiques mcaniques de lacier :
E24
Normes Francaises Acier
NFA 35-500/501/502/503 etc...
S235 Euronormes
NFEN10025 Aciers non allis pour construction
NFEN10113 Aciers allis (ou spciaux) pour construction
La Qualit, dsigne par 2 ou JR, correspond au degr de fiabilit du produit.
1.1.2
Palier de plastification
Rupture par
traction
Limite
lastique
1.1.3
A%
E lasticit longitudinale = 210 000Mpa; poisson = 0.3; plus faible pour les inox et variable
avec la temprature
G elasticit transversale =
E/2(1+)=
80800Mpa
densit= 7.85;
A% >16%
thermique =11 10e-6
1.1.4 Valeurs nominales pour les aciers lamins
Catgories d'aciers
Alors que l'acier doux, conomique et de bonne qualit, demeure la production de base de l'industrie
sidrurgique, il est maintenant complt par la mise sur le march de toute une varit d'aciers de
construction .
L'acier haute limite lastique a maintenant la faveur des concepteurs de structures, lesquels sont
toujours la recherche du meilleur rapport qualit - prix. Le cas chant, des aciers lamins avec
contrle thermo-mcanique peuvent tre spcifis. Le graphe suivant montre aussi que des aciers
spciaux (dans le cas particulier un fil trs haute rsistance) peuvent atteindre des proprits
mcaniques leves.
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Un simple exemple suffit pour illustrer l'lvation des proprits mcaniques; la Tour Eiffel,
incontestablement un chef duvre de conception pour l'poque (elle a t acheve en 1888),
reprsente environ 7000 tonnes de fer, seul matriau disponible ce moment-l. 2000 tonnes
suffiraient avec les aciers actuels.
La rsistance la corrosion fait galement partie des conqutes de l'acier moderne. On utilise maintenant
souvent, pour les ponts, des aciers rsistants aux intempries qui peuvent dans certaines circonstances ne
jamais ncessiter de peinture de protection au cours de la vie de l'ouvrage, Les aciers inoxydables sont
disponibles avec une tonnante varit dans la composition. Un choix judicieux de la composition
chimique et du type de finition permet d'obtenir une structure durable et d'un bel aspect. Les produits en
acier revtu sont trs largement utiliss pour les bardages et couvertures de btiment.
1.2
Pour les nuances dacier les plus courantes (S235, S275, S355) conformes la norme EN 10025, la
figure ci-dessous, donne la valeur nominale de la limite dlasticit fy et de la rsistance la rupture
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1.3
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Les caractristiques mcaniques cites en 1.1 sont communes tous les aciers de construction; les
autres sont choisir en fonction des paramtres lis la structure de louvrage.
1.3.1 Choix des nuances
Il est li la conception gnrale de l'ouvrage et sa fonction.
1.3.1.1
lallongement % ou A% la rupture :
caractrise la capacit de dformation plastique, cest
dire la longueur du palier de plastification u avant rupture de lacier.
la limite lastique fy, qui correspond au palier de plastification du matriau
la limite de rupture fu, qui correspond au seuil de premire fissuration conduisant rupture
la composition chimique
1.3.1.2
Tc
coef de fy
E x10*6
100
.9
2.05
150
.85
2.
200
.81
1.97
250
.7
1.93
300
.63
1.9
350
.59
1.86
400
.42
1.83
Ce paramtre est souvent primordial dans les ouvrages industriels courants, car cest sur lui que
repose loptimisation du poids de la structure. Celle ci est en effet obtenue lorsque la contrainte dans
les sections est voisine de la limite lastique, alors que la dformation reste infrieure et voisine de la
limite autorise par les conditions dexploitation.
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ossatures supportant des habillages fragiles, tels que chassis vitrs et murs rideaux, et des
remplissages rigides de faible rsistance
En gnral toute structure devant conserver une grande rigidit par la seule inertie de ses
profils :
btiments avec ponts roulants
ouvrages supportant du matriel vibrant
les profils soumis la fatigue :
la fatigue de lacier est due aux vibrations auxquelles il est soumis pendant la vie de louvrage. Elle est
due de microfissures qui se dveloppent lintrieur du mtal suivant lintensit des contraintes, de
leur inversion de signe et la frquence de leurs cycles. Elle est quasi indpendante de fy
les profils soumis aux instabilits de forme (flambement- dversement). En effet le module
lastique E conditionne le flambement lastique (charge critique de flambement = Nk= pi*2xExI/L*2),
qui nest pas directement li la limite lastique.
1.3.1.4
Ce choix est fonction de dispositions technologiques relatives la mise en oeuvre des lments et
traduit la fiabilit souhaite pour l'ouvrage en phase d'exploitation. La qualit a un rapport direct avec:
sa capacit de rsistance la rupture fragile, pour les conditions d'exploitation envisages
sa soudabilit
1.3.2.1
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La soudabilit
Elle traduit la qualit du mtal rester homogne au voisinage des zones soudes. Elle est
ncessaire pour viter lors du soudage:
la fissuration au cours du refroidissement, la naissance des soudures, sous l'effet de
trempe superficielle
migration chimique de fragilisation tel que H2
contrainte de retrait au rfroidissement
l'arrachement lamellaire, qui se traduit par une dcohsion du mtal dans la direction
perpendiculaire celle du laminage et produit un dcollement surfacique dans lpaisseur de la tle
Elle est fonction de la rsilience, et augmente avec elle.
1.3.2.2.1 Elle est fonction de la composition chimique
de l'acier, et en particulier de la teneur en carbone (ou de l'quivalent carbone); elle est d'autant
meilleure que ce C% est faible.
1.3.2.2.2
Elle est fonction d'un ensemble de paramtres et facteurs. Elle est forte si:
2.2.1 Gnralits
Le degr de scurit dun ouvrage par rapport un critre donn est la probabilit de satisfaire ce
critre sous les actions envisages ou envisageables pour la conception, le dimensionnement et la
ralisation de la structure ou dun de ses lments. Cette probabilit est fonction de lincertitude sur:
Le matriau:
de qualit alatoire compte tenu des mthodes dlaboration de lacier et des produits sidrurgiques
de comportement diffrent de celui prvu (coefficients E, G, diffrents, hystrsis, etc )
de durabilit rduite par la corrosion ou les dgradations
La mise en oeuvre
les hypothses de calcul
les imperfections de ralisation en fabrication et en montage
Les conditions dexploitation
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Conception calcul
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Liste des oprations successives raliser pour dimensionner tout ou partie dune structure:
1
Extraire de son contexte industriel et isoler le composant objet de la vrification, de faon quil
soit indpendant physiquement.
2
Slectionner la totalit des actions de dimensionnement auxquelles il sera soumis pour la
dure de vie envisage (Actions, Incendie, Fatigue, etc) et des astreintes auxquelles il doit rpondre
(environnement, fonction, cots, dlais, conditions de mise en oeuvre, etc..)
3
Dfinir les codes et rglements de calcul adapts au composant tudi dans son contexte
industriel.
4
Dfinir le modle de calcul qui sadapte le mieux ces critres, en sassurant de la
compatibilit des connexions avec les supports envisags.
5
Appliquer la procdure adquate pour lobtention des effets contraintes, dformations, etc
retenus pour le dimensionnement : les formules de RdM, les abaques de calcul, tableaux, etc
6
Choisir le produit le mieux adapt aux critres envisags (Nuances, qualit, profils etc), en
adoptant des rgles de prdimensionnement adaptes au modle et aux circonstances de travail de
loprateur.
7
Vrifier avec prcision que ce choix reste valable lorsque le produit est introduit avec ses
caractristiques relles dans le modle de calcul ( effets du CP, des caractristiques mcaniques,
etc),
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3
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SYSTEMES STRUCTURELS ET STABILITE DES STRUCTURES
instable
stable
Il existe donc une zone et non pas seulement un point o la structure est stable.
stable
instable
Quasi-stable
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COURS de CONSTRUCTION METALLIQUE
Pour les lments de structure (barres soumises certaines conditions aux extrmits, avec
ou sans charges entre noeuds) la dformation rsulte d'imperfections structurales et des charges
transversales. La vrification de leur stabilit dans l'tat dform consiste en une vrification au
flambement qui prend directement en compte ces dformations dans sa formulation (voir verif des
lments au flambement).
Pour les structures examines dans leur comportement global, l'instabilit rsulte de ces
mmes imperfections gnralises et survient lorsque les dformations s'accroissent aprs la priode
de chargement. L'instabilit rsulte alors de l'augmentation des contraintes sous l'influence de l'effet
global P-.
Explication;
H
L
V1=P-FH/L
N=P au repos
N=P +- FH/L
&
V2=P+FH/L
Mf= FH/2
+(P+FH/L)x
+(P+FH/L)x
+(P+FH/L)x
etc
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F=P/100
P
3.2
Paramtres de conception
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COURS de CONSTRUCTION METALLIQUE
La rsistance du sol
3.2.2
3.2.2.1
Le poids
3.2.2.2
La raideur et la rsistance
3.2.2.3
La dformation admissible
3.2.3
3.2.4
3.2.5
Le cot de ralisation
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3.2.6
page 23/97
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La gomtrie de ouvrage
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Conception calcul
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3.3
3.3.1
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Les lments de stabilit sous charges verticales
Gnralits
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Conception calcul
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3.3.2
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Poutres mes pleines profiles
En console
Interne
Interne
En console
Interne
me
me
Interne
me
Semelle
Semelle
Semelle
(b) Profil creux
tf
tf
tf
tw
tw
Profil lamin
Poutre type IPE
3.3.3
Poutres PRS
3.3.4
Poutres Alvolaires
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Profil lamin
Poutre type HE
Conception calcul
tw
Profil lam
Poutres PRS
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Conception calcul
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3.3.5
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Poutres treillis
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3.3.6
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Comparaison des performances pour les planchers
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3.4
page 35/97
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Les lments de stabilit sous charges horizontales
3.4.1 Horizontaux
Treillis en N, NN (ou X), W, WW, V, K
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3.4.2
Verticaux
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Longitudinaux (pales)
treillis
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3.4.3 Verticaux
Transversaux
Avec encastrement au sol: les mts
Avec encastrement en tte: les portiques
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4
4.1
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VERIFICATION DES SECTIONS
Rappel relatif aux caractristiques mcaniques des sections
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4.3
4.4.1
Vrification la traction
lastique
plastique
4.5
Vrification la flexion
Symtrique
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4.5.1
4.5.2
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4.6
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4.6.1
Suivant CM66
adaptation plastique
4.6.2
suivant additif 80
comportement plastique de la section N,M,T : voir EC3
4.6.3
4.6.4
CM66
ex h
<
1.54 T/ e
Add 80
exh
<
3 T/ e
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Mt/2e < e / 3
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4.8
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Vrification sous sollicitations combines
4.8.2
Suivant additif 80
comportement plastique de la section N,M,T
4.8.3
4.9
4.9.1
4.9.2
4.9.3
condition :
b/e<15 cm66
condition
h/a<30 cm66
condition
raidisseurs
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Conception calcul
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5
5.1
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5.1.1 Intrt
Dformations
Vibration
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Conception calcul
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5.3.2
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n= K / A < e
Conception calcul
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Conception calcul
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5.3.3
5.3.3.1
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Longueurs de flambement. Paramtres.
Les conditions dextrmit
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5.3.3.2
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Inertie
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5.3.3.3
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Conception calcul
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5.4
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M
L
Coupe
Elvation
Plan
z
u
Figure 2 : Dversement d'une poutre en I sur appuis simples sous l'effet d'un moment uniforme
Les extrmits sont bloques la rotation.
M augmente
L'aile suprieure s'incline
Le profil complet prend une rotation
L'aile infrieure reste droite ou est entraine dans le mouvement global.
Le dversement se produit pour une contrainte f < dversement < e
5.4.2
5.4.2.1
qui traduit
Le module d'lasticit E
qui traduit
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l'lancement de la pice
sa hauteur
l'lancement de la section
la minceur du profil
la nature du matriau
sa cohsion molculaire
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Physiquement, ces trois paramtres peuvent s'interprter en disant que l'aile infrieure offre une
rsistance au flambement latral de l'aile suprieure sur laquelle elle est encastre par l'intermdiaire
de l'me.
La rsistance est d'autant plus forte que
H est faible( le couple infrieur appliquer est plus faible).
Iy est fort (la tendance au flambement de l'aile suprieure est plus faible car son
dplacement est plusfaible).
La rsistance la torsion de l'aile infrieure est plus forte (lie Iy).
E est plus fort ( la rsistance la flexion de l'me, donc la dformation qu'elle autorise
l'aile suprieure est plus faible et donc aussi sa tendance au flambement).
5.4.2.2
-
Lis la charge
Point d'application de la charge
CdG
Le risque augmente si ya augmente
La section est d'autant plus stable que la charge est situe proche au dessus ou loin au
dessous du centre de gravit de la section.
Analogie avec le centre de gravit et le centre de pousse d'un bateau: le centre de gravit
doit se trouver sous le centre de pousse.
Centre de pousse
CdG
Mf = M = cste
Un peu moins dfavorable, la charge continue.
Aile
Mf parabolique
Le moins dfavorable, la charge concentre
Aile
5.4.2.3
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5.4.3
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Vrification en lasticit
Vrification en plasticit
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5.4.5
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Vrification simplifie CTICM
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Conception calcul
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5.5
5.5.1
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5.5.2
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Phnomnes Physiques
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5.5.3
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Vrification en lasticit
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5.6
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La rsistance lincendie
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6.1
6.2
6.3
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COURS de CONSTRUCTION METALLIQUE
LES ASSEMBLAGES
gnralits : les mthodes
Ponctuelles :
Linaires :
Surfaciques :
7
INTRODUCTION AU CALCUL DES ASSEMBLAGES (SUIVANT ESDEP)
Les ossatures de btiments en acier sont constitues de diffrents types d'lments structuraux
qui doivent tre chacun et de manire approprie, reli aux parties environnantes de la
structure. Cela implique le recours de nombreuses formes d'assemblages. Les classes
principales d'assemblages sont les suivantes :
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raboutage de poteaux,
pieds de poteaux,
assemblages de contreventements.
Cette liste ne couvre bien videmment pas les assemblages entre l'ossature principale et
d'autres parties de la structure comme les assemblages poutre - plancher, les connexions aux
parements, etc. Malgr la diffrence des configurations gomtriques et des exigences
prcises en matire de comportement structural pour les cinq types d'assemblages prcits,
certaines exigences gnrales communes de fonctionnement sont requises :
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8.2
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Figures 8.1 et 8.2 : Il s'agit de joints souds. Lorsque les paisseurs des plats
assembler diffrent, il est plus conomique de recourir des soudures
d'angle. Il convient de rappeler que le soudage est loin de pouvoir tre
considr comme le moyen d'assemblage le plus appropri sur chantier.
Figure 8.3 : Couvre-joints boulonns. On peut supposer que les efforts verticaux
sont transmis par contact direct entre les pices assembles et/ou par
l'intermdiaire des couvre-joints. Ces derniers servent galement
transfrer les moments de flexion et les efforts de cisaillement. Pour des
paisseurs diffrentes des semelles/mes, on a recours des fourrures.
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Figures 9.1 et 9.2 : Pour des platines paisses, aucun raidissage n'est requis. Il
s'agit l, normalement, de la solution la plus conomique.
Figure 9.3 : Des platines minces raidies ont t utilises dans le pass.
8.4
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COURS de CONSTRUCTION METALLIQUE
Figure 10.1 : Assemblage par plat mince soud au poteau. La poutre est
connecte d'un seul ct.
Figure 10.2 : Assemblage boulonn par cornires. Comme alternative, les
cornires peuvent tre soudes l'une ou l'autre des membrures.
Figure 10.3 : Assemblage par platine frontale souple et courte soude la
poutre.
Figure 10.4 : Assemblage boulonn par cornires. La cornire horizontale
constitue un support complmentaire.
Figure 10.5 : Si la paroi du tube est paisse, les plats peuvent tre souds
directement la paroi sans qu'il ne soit ncessaire d'chancrer le tube
pour que le plat soit continu. Pour plus de dtails au sujet des tubes, voir
leons de Groupe 13.
Figure 10.6 : La raideur dpend largement de l'paisseur de la platine
l'extrmit du poteau et de l'paisseur de la semelle de la poutre. Les
raidisseurs peuvent tre omis dans de nombreux cas.
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8.5
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Assemblages poutre-poteau rsistant en flexion (figure 11)
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8.6
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Assemblages poutre - poutre articuls (figure 12)
8.7
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COURS de CONSTRUCTION METALLIQUE
Figure 13.1 : Cette configuration est similaire celle de la figure 12.1. Bien sr,
les raidisseurs doivent tre vits autant que possible.
Figure 13.2 : L'effort de traction dans la semelle suprieure est transmis par
l'intermdiaire du plat de recouvrement qui traverse l'me de la poutre
principale au niveau de l'ouverture qui y est pratique. Dans la zone
comprime, des petits lments peuvent aider transmettre l'effort de
compression.
Figure 13.3 : Un grugeage de la poutre est ncessaire, comme en 12.3.
Figure 13.4 : Les deux poutres ont des hauteurs identiques.
8.8
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COURS de CONSTRUCTION METALLIQUE
Figures 14.1, 14.2 et 14.3 : La prsence des goussets sur les semelles suprieures
peut poser un problme lorsque l'on utilise des toitures ou planchers
mtalliques.
Figures 14.4, 14.5 et 14.6 : Le profil en U de la figure 14.4 est ncessaire
comme membrure du treillis horizontal.
3.8.
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Diverses
possibilits
d'assemblage
des
Soudures
Bien que de divers types de soudure soient possibles, les soudures d'angle (fillet welds) telles
qu'illustres la figure 2a sont normalement prfres aux soudures en bout (butt welds)
reprsentes la figure 2b, dans la mesure o elles ne requirent qu'une prparation limite
des pices connecter, o elles peuvent d'habitude tre ralises l'aide d'un quipement
relativement simple et o elles ne ncessitent aucune habilet particulire du soudeur.
Les soudures peuvent tre bien sr excutes sur chantier mais ont tendance tre plutt
coteuses pour les raisons suivantes :
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A = d 2 / 4
(1)
A s = d s2 / 4
Le diamtre ds de la section rsistante est lgrement suprieur au diamtre fond de filet
dans la mesure o un plan de rupture comprend au moins un filet.
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(2)
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ds est la valeur moyenne entre le diamtre fond de filet (dc) et le diamtre flanc de filet (df) ;
le diamtre flanc de filet se dfini comme la moyenne entre le diamtre fond de filet et le
diamtre nominal (d) :
d +d
df = c
2
et
d + dc
ds = f
2
Diamtre nominal
db (mm)
8
10
12
14
16
18
20
22
24
27
30
Aire nominale
A (mm2)
50,3
78,5
113
154
201
254
314
380
452
573
707
Aire rsistante
As (mm2)
36,6
58,0
84,3
115
157
192
245
303
353
459
561
4.6
240
400
5.6
300
500
6.5
300
600
6.8
480
600
8.8
640
800
10.9
900
1000
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Pour les assemblages travaillant en pression diamtrale, ce jeu peut tre la cause de
glissements des plats lorsque le chargement est appliqu.
Dans le cas de charges alternes, ce mouvement peut apparatre chaque renversement du
signe de l'effort. En rgle gnrale, ce mouvement n'est pas admis.
A l'exception des boulons calibrs ou des trous jeu faible ou surdimensionns, le jeu normal,
pour les trous standards, vaut :
Pour les boulons de nuance 4.8, 5.8, 6.8 et 10.9, la rsistance de calcul en
cisaillement Fv.Rd est prise gale 0,85 fois la valeur fournie par les
formules (3) (5) ;
La rsistance de calcul en cisaillement Fv.Rd (rduite comme indiqu cidessus si ncessaire) n'est pas infrieure la rsistance de calcul la
pression diamtrale Fb.Rd.
Les trous sont raliss par forage ou poinonnage. Le poinonnage en construction mtallique
est nettement plus rapide que le forage mais des fissures peuvent apparatre dans le matriau ;
par consquent, dans certains cas, les trous ne seront pas poinonns au diamtre dfinitif
mais bien poinonns un diamtre infrieur de 2 mm et ensuite alss. Les nouvelles
machines de poinonnage qui travaillent une vitesse leve, provoquent moins de dgts
dans le matriau et il faut donc s'attendre ce que le poinonnage soit plus souvent permis
l'avenir.
Sauf spcification contraire, le poinonnage est permis pour des paisseurs allant jusqu'
25 mm condition que le diamtre du trou ne soit pas infrieur l'paisseur du matriau
poinonner.
Les barbures doivent tre tes des trous avant assemblage ; lorsque les trous sont fors, en
une opration, au travers des pices assembler et que les plats ne doivent pas tre spars
aprs forage, il n'est toutefois pas ncessaire d'barber.
9.2.5
Principe de calcul
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COURS de CONSTRUCTION METALLIQUE
En plus des soudures et des boulons, d'autres lments d'assemblage sont galement
ncessaires au transfert des efforts comme, par exemple, des platines, clisses, goussets et
cornires. Lafigure 5
9.4
Trusquinages
9.4.1 Base
Le positionnement des trous de boulons doit tre ralis de manire viter la corrosion et le
voilement local ainsi qu' faciliter l'installation des boulons.
Le positionnement doit galement tre en conformit avec les limites de validit des rgles de
calcul utilises pour dterminer les rsistances de calcul des boulons selon l'Eurocode 3 [2].
9.4.2
Assemblages de plats
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VERIFICATIONS
10.1 Introduction
La rsistance d'un assemblage boulonn est normalement dtermine sur la base de la
rsistance des lments d'assemblage individuels et des pices assembles.
Il est courant de recourir une approche lastique linaire lors du dimensionnement des
assemblages. Comme alternative, l'approche non linaire peut tre employe, pour autant que
soient prises en considration les caractristiques charge-dformation de chacune des
composantes de l'assemblage.
Dans le cas d'assemblages sollicits en cisaillement et soumis des chocs ou des vibrations
significatives, la soudure ou l'emploi de boulons systmes de blocage - boulons prcontraints
ou autres types de boulons qui empchent tout mouvement relatif des pices assembles sont requis.
Lorsqu'aucun glissement n'est permis dans un assemblage, parce qu'il est soumis des
charges de cisaillement alternes (ou pour tout autre raison), des boulons prcontraints
permettant l'assemblage de rsister au glissement, des boulons calibrs, des boulons injects
ou d'autres boulons dont l'effet est similaire doivent tre utiliss.
Pour les systmes de contreventement qui assurent la reprise du vent ou la stabilit, des
boulons travaillant en pression diamtrale peuvent tre employs.
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Les essais de cisaillement sur les boulons ont montr que la rsistance en cisaillement est de
l'ordre de 60 % de la rsistance en traction. Dans les assemblages, la rsistance effective des
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boulons est rduite par des effets de flexion secondaires dus au contact irrgulier des plats et
la flexion du boulon en raison d'un jeu excessif au niveau du trou. Pour un diamtre donn, la
rduction s'accentue avec la longueur du boulon. Cet effet est particulirement significatif dans
les assemblages recouvrement un seul boulon o le chargement tend aligner les plats et
provoquer la rotation du boulon, comme indiqu la figure 6, ce qui induit du cisaillement et
de la traction dans le boulon ainsi que des contraintes de flexion locales sous la tte et l'crou.
La diminution de la rsistance en cisaillement d'un boulon unique peut atteindre 10 %.
L'accroissement de la longueur de l'assemblage, c'est--dire du nombre de boulons, rduit la
flexion et par consquent la perte de rsistance en cisaillement.
Les contraintes de flexion locales sous la tte et l'crou dans l'assemblage boulon unique de
la figure 6 induisent un mauvais comportement la fatigue.
10.2.2 Rsistance la pression diamtrale
La plastification qui rsulte de la pression entre le ft du boulon et le matriau dont le plat est
constitu peut conduire une dformation excessive du plat aux alentours du trou et
l'ventuelle dformation du boulon.
L'aire sur laquelle s'exerce la pression diamtrale est suppose tre dfinie comme le produit
de l'paisseur du plat et du diamtre nominal du boulon.
La distance (e1) sparant le boulon de l'extrmit du plat doit tre suffisante pour procurer une
rsistance adquate vis--vis du mode de ruine par arrachement dcrit la figure 9 et qui est
rgi par l'aire des surfaces de rupture en cisaillement.
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Gnralement, lorsque la ligne d'action de l'effort appliqu est excentre par rapport l'axe du
boulon, une traction additionnelle est induite dans le boulon par effet de levier.
Cet effet est illustr de manire fort simple la figure 10 o un profil en T est soumis un
effort de traction 2F. Au niveau de la dforme flexionnelle des semelles, les boulons jouent le
rle de pivot ce qui provoque, en raction, l'apparition d'un effort de compression (Q) aux bords
extrieurs des semelles, appel effort de levier. Par quilibre, l'effort de traction dans les
boulons vaut Fb = F + Q.
Le rapport Q/F qui caractrise l'importance de l'effort de levier dpend de la gomtrie et de la
rigidit des pices assembles et de la raideur des boulons. La quantification de l'effort de
levier, avec pleine prise en compte de tous les paramtres, va bien au-del de la porte de
cette leon.
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Dans le cas d'un chargement flexionnel seul (M), la composante de traction est transmise par
effort axial dans le boulon.
10.4 Traction et cisaillement combins (figure 2, m et V)
Lorsqu'un moment de flexion (M) et un effort tranchant (V) sont appliqus, les boulons sont
susceptibles de devoir transmettre un effort transversal de cisaillement et un effort axial de
traction.
A la figure 3, les boulons A sont soumis un effort de cisaillement transversal, tandis que les
boulons B sont soumis conjointement cisaillement et traction ou cisaillement et compression.
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Les boulons qui ne sont pas prcontraints un niveau prdfini sont qualifis de non
prcontraints ou ordinaires . Dans le cas d'un assemblage cisaill (figure 1), on dit des
boulons qu'ils travaillent la pression diamtrale .
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Calcul la flexion
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Fv (cisaillement) et Ft (traction).
L'interaction entre ces deux efforts a t tudie au moyen d'essais de laboratoire [5] et de
leurs rsultats, la relation bilinaire suivante, que doivent satisfaire les boulons soumis
cisaillement et traction, a t tablie :
Fv
Fv.Rd
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Ft
1,0
1,4 Ft , Rd
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La pleine rsistance en traction est donc disponible tant que les valeurs de l'effort de
cisaillement ne dpassent pas prs de 30 % de la capacit en cisaillement Fv.Rd, comme le
montre la figure 11. Cette proprit est utile lorsque l'on envisage des situations telles que
celles dcrites la figure 2 (M et V) ou les boulons B de la figure 3.
L'emploi des formules d'valuation des rsistances de calcul Fv.Rd et Ft.Rd, pour des efforts de
cisaillement et traction appliqus au niveau de la partie filete du boulon, est limit des
boulons fabriqus en conformit avec les rgles ISO [1,6]. Pour les autres produits filets
taills comme les tiges ou les barres d'ancrage fabriques partir de barres en acier
cylindriques et pour lesquelles les filets sont taills par le constructeur mtallique et non par un
fabricant de boulon spcialis, les valeurs de rsistance cites ci-dessus doivent tre rduites
en les multipliant par un facteur 0,85.
En raison de la forme particulire de leur tte, les boulons tte fraise (figure 12) ont une
rsistance de calcul la traction et au cisaillement qui doit galement tre rduite.
10.5 Rsistance la flexion
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Base Formulation
Application
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LES ANCRAGES
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COURS de CONSTRUCTION METALLIQUE
Quelques rgles
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