Poteaux sujets à la contrainte de traction dans RF-/JOINTS Steel – Column Base

Article technique

La gamme de produits Dlubal Software comprend divers modules pour le calcul d’assemblages acier et bois. Le module RF-/JOINTS Steel – Column Base permet d’analyser les pieds de poteau articulés ou encastrés en acier. La sélection de la fixation, la géométrie de la fondation et la qualité du matériau sont cruciales pour obtenir un calcul économique et sûr du pied de poteau.

Cet article présente les calculs d’un poteau encastré appliqué à la section en traction de l’assemblage. Le modèle est basé sur un exemple issue de la littérature [1].

Système

Le poteau a une section HEB 280 en acier structurel S 235 JR.

Figure 01 – Système et chargement selon [1]

Dans la Fenêtre 1.4 de RF-/JOINTS, les dimensions de la fondation sont précisées comme 140 ∙ 120 ∙ 80 cm. Le béton est de classe C20/25.

Les paramètres de la platine de pied sont définis dans la Fenêtre 1.5, comme l’affiche la Figure 02.

Figure 02 – Fenêtre « 1.5 Platine de pied et soudures » dans RF-/JOINTS

Vous définissez les dimensions et positions des ancrages dans la Fenêtre 1.6 (voir la Figure 03).

Figure 03 – Fenêtre « 1.6 Ancrages » dans RF-/JOINTS

Efforts internes

RF-/JOINTS permet de définir les efforts internes manuellement et ainsi, indépendamment du modèle RFEM/RSTAB.

Les efforts internes de calcul suivants sont précisés dans la Fenêtre 1.3 :

NEd = -396.0 kN
VEd = 21.5 kN
MEd = -110.0 kN

Forces d’ancrage

Afin de determiner les efforts internes pertinents pour le calcul, les distinctions suivantes sont nécessaires:

Figure 04 – Distinction de cas selon [1]

Pour le calcul d’assemblages dans la section en traction, le « Cas F1 < 0 » et « F2 ≥ 0 » doit être appliquée comme déterminante.

$${\mathrm F}_1\;=\;\frac{{\mathrm N}_\mathrm{Ed}}2\;-\;\frac{{\mathrm M}_{\mathrm y,\mathrm{Ed}}}{2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm D}\;=\;\frac{396}2\;-\;\frac{11,000}{2\;\cdot\;13.1}\;=\;-221.84\;\mathrm{kN}$$

$${\mathrm Z}_1\;=\;\frac{-2\;\cdot\;{\mathrm F}_1}{1\;+\;\frac{{\mathrm a}_\mathrm Z}{{\mathrm a}_\mathrm D}}\;=\;\frac{-2\;\cdot\;-221.84}{1\;+\;\frac{24.0}{13.1}}\;=\;156.7\;\mathrm{kN}$$

La partie suivante de l’article présente des calculs d’assemblage dans la section de traction avec considération de l’ancrage et du béton.

Aire résistante de la tige d’ancrage

Avec un ancrage de diamètre M30 (de classe 5.6, AS = 5.61 cm²), le calcul est réalisé selon [2], Tableau 3.4, comme suit :

$${\mathrm F}_{\mathrm t,\mathrm{Rd}}\;=\;\frac{{\mathrm k}_2\;\cdot\;{\mathrm f}_\mathrm{ub}\;\cdot\;{\mathrm A}_\mathrm S}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\;=\;\frac{0.9\;\cdot\;50.0\;\cdot\;5.61}{1.25}\;=\;201.96\;\mathrm{kN}$$

Figure 05 – Fenêtre 3.1 « Vérifications – Résumé » avec des détails des ancrages en traction

Arrachement de boulon

La résistance à l’arrachement d’un ancrage est déterminé selon [4], Section 15.1.2.3, comme suit :

$${\mathrm F}_{\mathrm t,\mathrm{bond},\mathrm{Rd}}\;=\;11\;\cdot\;{\mathrm f}_\mathrm{ck}\;\cdot\;\frac{{\mathrm d}_\mathrm h\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm h\;-\;\frac{\mathrm\pi\;\cdot\;\mathrm d^2}4}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mc}}\;=\;11\;\cdot\;20.0\;\cdot\;\frac{80\;\cdot\;80\;-\;\frac{\mathrm\pi\;\cdot\;30^2}4}{1.50}\;=\;834.99\;\mathrm{kN}$$

Figure 06 – Fenêtre « 3.1 Vérifications – Résumé » comprenant les détails de l’arrachement d’ancrage

Rupture par cône de béton

Dans le cas de rupture par cône de béton, une fissure en forme de cône apparaît en fin de l’élément d’ancrage. La vérification de rupture par cône de béton est réalisée selon [4] ; Section 9.2.4.

$${\mathrm F}_{\mathrm t,\mathrm{cone},\mathrm{Rd}}\;=\;\frac{{\mathrm N}_{\mathrm{Rk},\mathrm c}}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mc}\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{{\mathrm M}_2}}\;=\;\frac{290.09}{1.5\;\cdot\;1.2}\;=\;161.16\;\mathrm{kN}$$

Figure 07 – Fenêtre 3.1 « Vérifications – Résumé » avec les détails de rupture par cône de béton

Rupture par fendage

Les forces de fendage provoquent des fissures de fendage dans le béton. Elles apparaissent de forme circonférentielle radiale autour des ancrages et ainsi perpendiculaires à l’effort de traction. La rupture par fendage est également analysée selon [4], Section 9.2.4.

$${\mathrm F}_{\mathrm t,\mathrm{sp},\mathrm{Rd}}\;=\;\frac{{\mathrm N}_{\mathrm{Rk},\mathrm{sp}}}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mc}\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{{\mathrm M}_2}}\;=\;\frac{278.05}{1.5\;\cdot\;1.2}\;=\;154.47\;\mathrm{kN}$$

Figure 08 – Fenêtre 3.1 « Vérifications – Résumé » avec les détails de la rupture par fendage

La résistance à l’effort de traction du béton dépasse légèrement. Dans ce cas, la rupture par fendage est déterminante pour le calcul dans les sections résistantes en tractions de l’assemblage.

L’analyse pour la section en traction est réussie dans le programme en calculant l’introduction de l’effort de traction. Toutefois, nous ne le décrirons pas plus dans cet article. De plus, il est nécessaire de calculer les parties d’assemblage dans la section en compression, la résistance au fléchissement de l’assemblage, la résistance au cisaillement et les soudures.

Résumé

RF-/JOINTS Steel - Column Base calcule les pieds de poteau articulés et encastré. Dans le cas d’un poteau avec platine de pied sujette à la traction, il est nécessaire de considérer les contraintes de traction qui ont lieu dans le béton à cause de l’introduction de charge sur la fixation. La résistance en traction du béton est souvent déterminante pour les charges qui peuvent être transférées par l’assemblage.

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