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12.09.2018

Plaques avec raidisseurs longitudinaux selon EN 1993-1-5, section 4.5

Dans SHAPE-THIN, le calcul des plaques avec raidisseurs longitudinaux peut être effectué selon la section 4.5 de l'EN 1993-1-5. Pour les plaques avec raidisseurs longitudinaux, les aires efficaces résultant du voilement local des différents panneaux secondaires entre les raidisseurs et les aires efficaces du voilement global du panneau raidi doivent être prises en compte.

L'aire de section efficace de chaque panneau secondaire est d'abord déterminée à l'aide d'un coefficient de réduction selon la section 4.4 de l'EN 1993-1-5 [1] afin de tenir compte du voilement local. Dans la deuxième étape, la résistance au voilement de l'ensemble de la plaque est déterminée en considérant un comportement au voilement similaire à celui des barres. Les largeurs efficaces des différents panneaux secondaires sont réduites à nouveau à l'aide du coefficient réducteur pour le voilement d'ensemble de la plaque raidie. La section efficace obtenue est ainsi traitée comme appartenant à la classe de section 3.

Exemple

L'exemple suivant est tiré du Stahlbau-Kalender 2015 [2]. La poutre se compose d'une section en I dont l'âme est raidie par des raidisseurs transversaux et un raidisseur longitudinal. Les raidisseurs transversaux sont disposés à une distance de 3 000 mm les uns des autres et le raidisseur longitudinal est soudé à une distance de 500 mm de la semelle inférieure. Les soudures ne sont pas prises en compte. Un effort normal en compression de NEd = 4 000 kN agit.

Matériau :
S355 J0
fy = 35,5 kN/cm² (pour t ≤ 3 mm et t ≤ 16 mm)
fy = 34,5 kN/cm² (pour t >16 mm et t ≤ 40 mm)
E = 21 000 kN/cm²
G = 8 076,92 kN/cm²
γM0 = 1,0

a = 3 000 mm
b1 = 500 mm
b2 = 2 500 mm
bf = 800 mm
bst = 250 mm
tw = 15 mm
tf = 40 mm
tst = 25 mm
h = 3 080 mm

Section transversale brute et répartition des contraintes

Les contraintes sont calculées comme suit :

La section transversale brute et la répartition des contraintes sont indiquées sur la Figure 02.

Classification des sections

Lors de la classification d'une section, une évaluation est effectuée pour déterminer si une analyse du voilement des panneaux secondaires est nécessaire. Si un panneau secondaire est une section de classe 3 au moins, le voilement local ne s'applique pas.

Semelle

Le rapport λi de c/t maximal est déterminé selon le Tableau 5.2 de l'EN 1993-1-1 [3].

La semelle doit être assignée à une section de classe 3. Ainsi, le voilement local ne s'exerce pas et il n'est pas nécessaire de réduire les panneaux secondaires de la semelle.

Âme

Le rapportλi de c/t maximal est déterminé selon le Tableau 5.2 de [3].

La plaque 1 doit être assignée à une section de classe 3. Ainsi, le voilement local ne s'exerce pas et il n'est pas nécessaire de réduire les panneaux secondaires de la semelle.

Le rapportλi de c/t maximal est déterminé selon le Tableau 5.2 de [3].

La plaque 2 doit être assignée à une section de classe 4. Le voilement local est donc déterminant pour cette plaque et une réduction de cette plaque est nécessaire.

Raidisseur

Le rapportλi de c/t maximal est déterminé selon le Tableau 5.2 de [3].

L'âme doit être assignée à une section de classe 3. Ainsi, le voilement local ne s'exerce pas et il n'est pas nécessaire de réduire cette plaque.

Largeurs efficaces

La plaque 1 est assignée à une section de classe 3, le voilement local ne s'applique donc pas. Les valeurs efficaces de la section correspondent à celle de la section transversale brute. Selon le Tableau 4.1 de [1] , les largeurs efficaces suivantes en résultent :

La plaque 2 est assignée à une section de classe 4, le voilement local ne s'applique donc pas. Les largeurs efficaces de la plaque 2 doivent être déterminées selon [1] , section 4.4.

La répartition des contraintes au niveau de la plaque 2 est uniforme. Il en résulte un rapport de contraintes ψ = 1 et, selon le Tableau 4.1, une valeur de voilement de kσ = 4,0. Pour l'élancement λp2, le résultat est, selon la Section 4.4 (2) [1] :

 

Le facteur ρ de réduction locale est déterminé selon l'Équation (4.2) de [1] :

Les largeurs efficaces de la plaque 2 sont calculées selon le Tableau 4.1 de [1] , en prenant en compte le voilement local :

Avec les largeurs de la section transversale brute, on obtient :

Comportement des plaques

La contrainte critique de flambement du raidisseur σcr,sl est calculée selon l'Annexe A.2.2 de [1]. Il faut tout d'abord calculer la longueur efficace de la plaque ac :

La contrainte critique de flambement du raidisseur σcr,sl se traduit par a < ac :

Isl,1 et Asl,1 représentent ici l’inertie de la section brute et l'aire de la section brute de la barre comprimée équivalente selon [1] ; A.2.1(2) pour le flambement perpendiculaire au plan de la plaque ainsi que b1 et b2 sont les distances entre les raidisseurs et les bords longitudinaux (b1 + b2 = b).

La répartition des contraintes est uniforme. Par conséquent, la contrainte critique de voilement σcr,p correspond à la contrainte critique de flambement σcr,sl.

L'aire de la section transversale brute Ac de la plaque avec raidisseurs longitudinaux est calculée comme suit, en négligeant les plaques de bord supportées par un composant de plaque adjacent et l'aire de la section efficace Ac, eff, loc, p de l'aire décrites ci-dessus :

La rigidité appartient à la classe de section 3, l'aire de section efficace de la rigidité correspond donc à l'aire de section brute de la rigidité.

Les valeurs de la section sont indiquées sur la Figure 04.

Le facteur de réduction βa,c,p est calculé comme suit selon la section 4.5.2 de [1] :

Selon l'Équation (4.7) de [1] , le rapport d'élancement global λp de la plaque raidie est calculé comme suit :

 

L'élancementλp est inférieur à la valeur limite de 0,673 selon 4.4 (2) de [1]. Par conséquent, aucune réduction due au comportement de la plaque n'est nécessaire. par exemple, ρp = 1,0.

Comportement du voilement de plaque

La contrainte critique de flambement σcr,c est déterminée selon la section 4.5.3 (3) de [1]. Tout d'abord, la contrainte de flambement σcr,c,sl du raidisseur, positionné le plus proche du bord le plus comprimé, est déterminée selon l'Équation (4.9) de [1].

La répartition des contraintes est uniforme. La contrainte critique de flambement σcr,c correspond donc à la contrainte critique de flambement σcr,c,sl du raidisseur positionné le plus proche du bord le plus comprimé.

σcr,c = σcr,c,sl = 94,7 kN/cm²

Le facteur de réduction βa,c,c est calculé comme suit selon la section 4.5.3 de [1] :

Le coefficient d'élancement λcdes résultats de la barre équivalente comprimée, selon l'Équation (4.11) de [1] , est :

Selon la section 4.5.3 (5) de [1] , le rayon de giration i est calculé comme suit :

La distance e est la plus grande des deux distances selon la Figure A.1 de [1] ; par exemple, soit la distance e1 du centre de gravité du raidisseur à l'axe neutre de l'élément comprimé efficace, ou la distance e2 du centre de gravité de la plaque jusqu'à l'axe neutre de l'axe neutre de l'élément comprimé efficace. panneau au plan central de la plaque. Ces distances sont indiquées sur la Figure 05.

e = max (e1, e2 ) = max (10,39 cm, 2,86 cm) = 10,39 cm

Le facteur d'imperfection αe est déterminé comme suit selon l'Équation (4.12) de [1] avec α = 0,49 pour les sections ouvertes avec raidisseurs :

Le facteur de réduction χc est déterminé selon [3] , 6.3.1.2 :

Interpolation entre le voilement de plaque et le flambement

Le comportement structurel de la plaque entière est déterminé à l'aide du facteur ξ, selon la Section 4.5.4 (1) [1] :

Le coefficent de réduction final ρc est déterminé à l'aide de l'équation d'interpolation selon l'Équation (4.13) [1] :

Propriétés de la section efficace

L'aire de la section efficace de la zone comprimée Ac,eff de la plaque raidie est calculée selon l'Équation (4.5) de [1] :

L'aire de la section efficace Aeff est :

Calcul des plaques avec raidisseurs

Les axes de gravité de la section brute et de la section efficace ne coïncident pas, c'est pourquoi des moments fléchissants agissants supplémentaires sont dus au déplacement de l'axe de gravité de la section efficace par rapport à l'axe de gravité de la section brute. doivent être considérées ici. Ces moments fléchissants additionnels sont calculés comme suit :

La contrainte maximale est la suivante :

Le calcul est effectué comme suit selon l'Équation (4.15) de [1] :

Calcul du flambement par torsion

Selon la Section 9.2.1 (8) de [1] , le critère suivant doit être respecté de manière générale pour éviter le flambement par torsion des raidisseurs à sections ouvertes :

Ip and ISt.Ven décrivent le moment d'inertie polaire et l'inertie de torsion de Saint-Venant du raidisseur seul, calculé autour du point de raccord avec la plaque.

Si la rigidité de gauchissement est prise en compte, la contrainte de voilement critique par torsion σcr doit d'abord être déterminée. Celle-ci est calculée selon les Équations (2.119) et (2.120) de [4] comme suit :

La rigidité présente une constante de gauchissement Iω = 0 cm6. La critique de flambement par torsion σcr est alors simplifiée comme suit :

Ip and ISt.Ven décrivent le moment d'inertie polaire et l'inertie de torsion de Saint-Venant du raidisseur seul, calculé autour du point de raccord avec la plaque.

Selon la Section 9.2.1 (9) de [1] , le critère dans 9.2.1(8) ou le critère suivant ne doit généralement pas être négligé lorsque l’on tient compte de la rigidité au gauchissement :

À l'aide d'un facteur assurant le comportement élastique selon la section de classe 3 d'après [5] équivalant à θ = 2 f pour les raidisseurs présentant une faible rigidité au gauchissement (barre plate ou acier plat à boudin), on obtient le résultat suivant :

La vérification du voilement de la plaque est donc achevée.

SHAPE-THIN

Dans SHAPE-THIN, le calcul des plaques avec raidisseurs peut être effectué selon la section 4.5 de [1]. Le panneau de commande « Parties c/t et propriétés efficaces des sections » doit être activé dans les données générales. « EN 1993-1-1 et EN 1993-1-5 » doivent ensuite être sélectionnés dans les paramètres de calcul ; le panneau de contrôle « Section efficace selon l'EN 1993-1-5, Section 4.5 » doit également être sélectionné. La détermination des largeurs efficaces doit être effectuée dans un processus itératif selon la Section 4.4 (3) de [1]. Dans cet exemple, une seule itération doit être utilisée pour le calcul dans SHAPE-THIN (voir la Figure 07).

Les éléments de la section doivent d'abord avoir été saisis. Les parties c/t sont généralement générées automatiquement à partir des conditions géométriques ; elles peuvent cependant être créées dans le tableau « 1.7 Parties de la section pour la classification selon l'EN 1993-1 » (voir la Figure 08) ou la boîte de dialogue correspondante.

Les raidisseurs peuvent ensuite être définis dans le Tableau « 1.8 Raidisseurs » ou dans la boîte de dialogue correspondante (voir la Figure 09).

De plus, la plaque raidie doit être spécifiée dans le Tableau « 1.9 Plaques raidies » (voir la Figure 10) ou la boîte de dialogue correspondante. Les éléments du panneau raidi doivent être sélectionnés et la distance des raidisseurs transversaux doit être saisie. Si aucune distance n'est définie pour les raidisseurs transversaux, la valeur a = 10 000 mm est appliquée pour le calcul. Les raidisseurs dans le panneau sont identifiés automatiquement. Les extrémités de la plaque raidie doivent être soutenues, ce qui signifie qu'un appui est nécessaire.

Les résultats de la section efficace peuvent être affichés à l'aide du bouton « Longueurs efficaces ».


Auteur

Mme von Bloh fournit une assistance technique à nos utilisateurs et est également responsable du développement du programme SHAPE-THIN et de la construction en acier et en aluminium.

Liens
Références
  1. Eurocode 3 : calcul des structures en acier - Partie 1-5 : Plattenförmige Bauteile. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010.
  2. Beg, D.; Kuhlmann, U.; Davaine, L.; Braun, B.: Design of Plated Structures. Eurocode 3: Design of Steel Structures. Part 1-5 Design of Plated Structures. Berlin: Ernst & Sohn, 2011
  3. Kuhlmann, U.: Stahlbau-Kalender 2015 - Eurocode 3 - Grundnorm, Leichtbau. Berlin: Ernst & Sohn, 2015
  4. Johansson, B.; Maquoi, R.; Sedlacek, G.; Müller, C.; Beg, D.: Commentary and Worked Examples to EN 1993-1-5, Plated Structural Elements. Luxemburg: Office for Official Publications of the European Communities, 2007
  5. Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten − Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010
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