Effets du glissement des assemblages normalisés dans les structures métalliques

Article technique

Cet article traite de la rigidité des assemblages normalisés conformément aux normes DSTV (Association pour la construction métallique en Allemagne)/DASt(Comité allemand pour la construction métallique), utilisés pour la construction métallique, ainsi que leurs effets sur le calcul de structure et les résultats de calcul selon DIN EN 1993-1-1.

DIN EN 1993-1-8 [3] fournit un modèle pour le calcul ainsi que la classification de la rigidité d’assemblage et encadre la modélisation résultante de l’assemblage semi-rigide dans le modèle structurel.

En pratique, les assemblages résistants au moment sont en général définis comme rigides dans la détermination des efforts internes ou dans le modèle. Les caractéristiques du moment/de la rotation de l’assemblage n’est alors pas considéré dans la détermination des efforts internes. Dans la plupart des cas, ces caractéristiques doivent être considérées en fonction de la rigidité de la structure conformément aux normes du génie civil.

Dans la suite de cet article, les effets du glissement de l’assemblage sur les résultats de calcul des structures filaires seront affichés dans un exemple.

Structure

Notre portique à deux articulations a une portée de 15 m et une hauteur 6 m à laquelle nous pouvons ajouter un acrotère de 80 cm.

Pour la première étape de calcul avec des assemblages rigides, les sections affichées dans la Figure 01 sont appliquées. L’acier structurel S235 conformément à DIN EN 1993-1-1 [2] est utilisé.

Figure 01 - Structure pour la première étape du calcul et l'assemblage sélectionné

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Nous supposons le suivant pour le calcul:
  • Largeur de charge (distance sur le portique) = 5 m
  • Poids propre la structure de toiture g = 0,40 kN/m2
  • Charge de neige s = 1,30 kN/m2
  • Charge de vent sur les parois w = 0,60 kN/m2 (cp = 0,8 et -0,5)
  • Imperfections (dans le plan du portique) selon EN 1993-1-1

Calcul à l’ELU pour un assemblage de portique rigide

Le calcul des efforts internes dans le plan du portique est réalisé selon l’analyse de second ordre et avec des imperfections (inclinaison et imperfection en arc). L’enveloppe de l’effort interne My est affiché dans la Figure 02.

Figure 02 - Enveloppe des efforts internes My avec l'assemblage rigide

Pour réaliser la vérification des poutres dans RF-/STEEL EC3, un maintien latéral et de torsion est appliqué aux extrémités de barre et un appui latéral pour la membrure supérieure est appliquées aux points de division aux tiers de barres.

Le dimensionnement des assemblages du portique est réalisé dans RF-/JOINTS Steel – DSTV. Les l’assemblage est de type IH3.1 et les boulons sont de classe M20. Au vu des efforts internes, aucun calcul de l’assemblage n’est possible selon [1].

Figure 03 - Calcul de l'assemblage avec RF-/JOINTS Steel - DSTV

Ainsi, la section de poutre doit être augmentée en IPE 500 et les assemblages doivent être sélectionnés comme affichés dans la Figure 01 pour analyse l’état limite de service.

Calcul à l’ELU pour un assemblage de portique semi-rigide

Les exigences pour considérer les caractéristiques moment-rotation dans les résultats du calcul de structure issu de la classification de l’assemblage selon EN 1993-1-8.

Si le portique est mobile, il peut être classifié comme semi-rigide à condition que:
$\frac12\;\cdot\;{\mathrm S}_\mathrm{Structure}\;<\;{\mathrm S}_{\mathrm j,\mathrm{ini}}\;<\;25\;\cdot\;{\mathrm S}_\mathrm{Structure}$

L’assemblage calculé de type IH 3.1 E 50 20 6xM20 10.9 (voir la Figure 01) sans raidisseur et le poteau HE-B 240 résulte de:
${\mathrm S}_{\mathrm j,\mathrm{ini}}\;=\;72,270\;\mathrm{kNm}/\mathrm{rad}$

La rigidité de la structure est calculée selon la partie 5.2.2.5 d’EN 1993-1-8 comme suit:
${\mathrm S}_\mathrm{Structure}\;=\;\frac{\mathrm E\;\cdot\;{\mathrm I}_\mathrm b}{{\mathrm L}_\mathrm b}\;=\:\frac{21,000\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;\cdot\;48,200\;\mathrm{cm}^4}{1,500\;\mathrm{cm}}\;=\;6,748\;\mathrm{kNm}/\mathrm{rad}$

L’assemblage peut ainsi être classifié comme semi-rigide:
3,374 kNm/rad < Sini = 72,270 kNm/rad < 168,700 kNm/rad

Puisque la redistribution des efforts internes à prévue lors du moment de la travée, un calcul et une vérification de l’IPE 450 d’origine peuvent être à nouveau tentés.

Le calcul des efforts internes dans le plan du portique est à nouveau réalisé selon l’analyse du second ordre et avec des imperfections (inclinaison et imperfection en arc), ainsi que la considération des caractéristiques moment-rotation de l’assemblage. Cette analyse est réalisée selon la partie 5.1.2(4) de EN 1993-1-8, simplifiée avec un ressort de rotation linéaire avec Sj,ini/2. L’enveloppe de l’effort interne My est affichée dans la Figure 04.

Figure 04 - Enveloppe des efforts internes My avec l'assemblage semi-rigide

La considération de la rigidité en rotation résulte d’une réduction des moments de coin d’environ 10 %. Le calcul de l’assemblage avec RF-/JOINTS Steel – DSTV résulte calcul positif pour le type IH 3.1 E 45 20 6xM20 8.8. La section IPE 450 d’origine peut également être déterminée comme suffisant lors du calcul (voir la Figure 05).

Figure 05 - Calcul de la poutre et de l'assemblage

Vérification à l’ELS avec un assemblage rigide

Ici nous ne réalisons que le calcul pour la déformation horizontale du portique. La valeur limite est définie avec wh,max = h / 150 = 680 / 150 = 4,53 cm.

Puisque l’importance de charge est inférieure pour l’ELS, nous pouvons supposer que les moments sont inférieurs à 2/3 Mj,Ed et ainsi, la rigidité initiale de l’assemblage peut être appliqué pour l’analyse des déformations. Cette supposition peut être définie via la modification de la rigidité pour les combinaisons de charge pertinentes dans les paramètres de calcul (voir la Figure 06).

Figure 06 - Paramètres de calcul - Modifier la rigidité des CCs dans ELS - Caractéristique

L’application de Sj,ini résulte de déformations dans la direction x de 4,73 cm (voir la Figure 07).

Figure 07 - Enveloppe des déformations dans le direction X

Le résulte donc de:
wex / Wh,max = 4,73 / 4,53 = 1,04

Conclusion

La considération des caractéristiques moment-rotation de l’assemblage résulte d’un affichage plus réaliste de la structure et un calcul plus économique avec une économie de matériau d’environ 10% pour cet exemple.

De plus, pour une vérification à l’état limite de service dans une optique d’économies, il est nécessaire d’appliquer la rigidité élastique initiale pour les combinaisons de charge respectives lors du calcul de l’analyse de stabilité.

Mots-Clés

glissement assemblages dstv rigidité

Littérature

[1]   Typisierte Anschlüsse im Stahlhochbau nach DIN EN 1993-1-8. Stahlbau Verlags- und Service GmbH, Düsseldorf, 2013.
[2]   Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings; EN 1993-1-1:2010-12
[3]   EN 1993-1-8 (2005): Eurocode 3: Calcul des structures en acier - Partie 1-8: calcul des assemblages

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Logiciel de calcul de structures aux éléments finis (MEF) pour les structures 2D et 3D composées de plaques, voiles, coques, barres (poutres), solides et éléments d'assemblage

Prix de la première licence
3 540,00 USD
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RF-JOINTS Steel - DSTV 5.xx

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Vérification d'assemblages normalisés de structures métalliques selon la directive EN 1993-1-8 - DSTV

Prix de la première licence
670,00 USD
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RSTAB 8.xx

Programme de base

Logiciel de calcul de structures filaires composées de charpentes, poutres et treillis. Il permet d'effectuer le calcul linéaire et non-linéaire et de déterminer les efforts internes, déformations et réactions d'appui

Prix de la première licence
2 550,00 USD
RSTAB Assemblages
JOINTS Steel - DSTV 8.xx

Module additionnel

Vérification d'assemblages normalisés de structures métalliques selon la directive EN 1993-1-8 - DSTV

Prix de la première licence
670,00 USD