Vérification des poutres-poteaux en bois selon la NDS 2018 à l'aide du module RF-/TIMBER AWC

Article technique sur le calcul de structure et l'utilisation des logiciels Dlubal

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Article technique

Dans cet article, la compatibilité d'un bois 2x4 avec une flexion biaxiale et une compression axiale est vérifiée avec le module additionnel RF-/TIMBER AWC. Les propriétés et les charges de barre sont basées sur l'exemple E1.8 du guide AWC Structural Wood Design Examples 2015/2018.

La barre définie de type treillis est en pin du Sud n° 2, de dimensions nominales 2x4 (1,5 pouces x 3,5 pouces) et de 3 pieds de long. L'appui latéral n'est fourni qu'aux extrémités de la barre et celles-ci sont considérées comme articulées. Les charges permanentes (DL), de neige (SL) et de vent (WL) sont appliquées au niveau du nœud supérieur et au milieu de la poutre-poteau, comme indiqué ci-dessous.

Les propriétés de barre sont affichées après avoir sélectionné la section et le matériau appropriés dans le programme.

Facteurs d'ajustement listés dans le tableau 4.3.1 de la NDS 2018 pour la vérification selon l'ASD

Les valeurs de calcul de référence (Fb, Fc et Emin) sont multipliées par les facteurs d'ajustement applicables pour déterminer les valeurs de calcul ajustées. Pour les bois sciés, ces facteurs sont indiqués dans le tableau 4.3.1 [1]. Il existe onze facteurs d'ajustement différents pour la vérification selon l'ASD. Beaucoup de ces facteurs sont égaux à 1,0 dans l'exemple NDS [2]. Cependant, une brève description fournie ci-dessous explique comment les différents facteurs sont considérés dans RF-/TIMBER AWC.

Facteurs calculés par le programme

CL ... Facteur de stabilité de la poutre. Cela dépend de la géométrie et de l'appui latéral de la barre comme décrit dans la Section 3.3.3 [1]. Ce facteur est calculé automatiquement dans RF-/TIMBER. (Remarque : la longueur efficace, le, utilisée pour calculer CL est définie par l'utilisateur dans la section « Longueur efficace » de RF-/TIMBER AWC. L'option « Selon le Tableau 3.3.3 » avec le cas de charge approprié doit être sélectionné.) L'image ci-dessous montre le cas de charge applicable pour cet exemple.

CF ... Facteur de taille. Il dépend de la profondeur et de l'épaisseur de la barre comme spécifié dans la Section 4.3.6 [1]. Ce facteur est déterminé automatiquement dans RF-/TIMBER AWC.

Cfu ... Facteur d'utilisation plane. Il prend en compte la faible flexion axiale de la barre comme spécifié dans la Section 4.3.7 [1]. Ce facteur est calculé automatiquement dans RF-/TIMBER AWC.

CP ... Facteur de stabilité du poteau. Cela dépend de la géométrie, des conditions aux extrémités et de l'appui latéral de la barre comme décrit dans la Section 3.7.1 [1]. Si une barre en compression est entièrement supportée sur toute sa longueur, CP = 1,0. Ce facteur est calculé automatiquement dans RF-/TIMBER AWC pour les directions axiales fortes et faibles.

Facteurs définis par l'utilisateur

CD ... Facteur de durée de chargement. Il prend en compte différentes périodes de charge en fonction du cas de charge, telles que la charge permanente, la neige et le vent, sur la base de la Section 4.3.2 [1]. La sélection de la norme « ASCE 7-16 NDS (bois) » dans RFEM active l'option de durée de charge dans la boîte de dialogue « Cas de charge ». Le paramètre par défaut de la classe de durée de charge (Permanente, Dix ans, etc.) est basé sur la « Catégorie d'action » du cas de charge. Ce paramètre peut être modifié par l'utilisateur dans RFEM ou RF-/TIMBER AWC. La valeur sélectionnée par le programme est basée sur le Tableau 2.3.2 [1] .

CM ... Facteur de service mouillé. Il prend en compte les conditions d'humidité de service de la barre spécifiées dans la Section 4.1.4 [1]. Dans RF-/TIMBER AWC, l'utilisateur peut sélectionner « mouillé » ou « sec » dans la section « Conditions de service ».

Ct ... Facteur de température. Il tient compte de l'exposition à des températures élevées allant jusqu'à 100 degrés Fahrenheit, de 100 à 125 degrés et de 125 à 150 degrés, comme décrit dans la Section 2.3.3 [1]. Dans RF-/TIMBER AWC, l'utilisateur peut choisir entre ces trois plages de température dans la section « Conditions de service ». La valeur sélectionnée par le programme est basée sur le tableau 2.3.3 de [1].

Ci ... Facteur d'incision. Il prend en compte la perte de surface due aux petites incisions pratiquées dans la barre pour recevoir le traitement de préservation afin de prévenir la pourriture, comme décrit dans la Section 4.3.8 [1]. Dans RF-/TIMBER AWC, l'utilisateur peut sélectionner l'option « Non incisé » ou « Incisé » dans la section « Paramètres de calcul complémentaires ».

Cr ... Facteur de barre répetitive. Il est utilisé lorsque plusieurs barres agissent de manière composite pour répartir correctement une charge entre elles, comme décrit dans la Section 4.3.9 [1]. Cr = 1,15 pour les barres qui satisfont au critère d'être rapprochées et reliées par un revêtement ou équivalent. Dans RF-/TIMBER AWC, l'utilisateur peut sélectionner l'option « Non répétée » ou « Répété » dans la section « Paramètres de calcul complémentaires ».

Remarque : Si nécessaire, les valeurs basées sur le code des facteurs d'ajustement entrés par l'utilisateur peuvent être modifiées dans l'option « Norme ».

Facteurs exclus du programme

CT ... Facteur de rigidité de flambement. Il prend en compte la contribution du panneau de contreplaqué à la résistance au flambement des fermes selon la Section 4.4.2 [1]. Ce facteur est utilisé afin d'augmenter la valeur Emin de la barre. CT peut être calculé manuellement selon l'équation 4.4-1 [1] ou considéré comme 1,0.

Cb ... Facteur de zone de portance. Il est utilisé pour augmenter les valeurs de calcul en compression (Fcp ) pour les charges concentrées appliquées perpendiculairement au fil, comme spécifié dans la Section 3.10.4 [1]. Cb peut être calculé manuellement selon l'équation 3.10-2 [1] ou considérée de manière conservative égale à 1,0.

Contrainte réelle dans la poutre-poteau

Dans cet exemple, la combinaison de charges a été simplifiée à CO1 : DL + SL + WL.

Contrainte en compression due aux charges permanentes et de neige, fc = 171 psi

Contrainte en flexion selon l'axe fort sous charge de vent, fbx = fb1 = 353 psi

Contrainte en flexion dans l'axe faible due aux charges permanentes et de neige, fby = fb2 = 1 029 psi

Déterminer les valeurs de calcul ajustées selon le tableau 4.3.1 de la NDS 2018 Méthode ASD

Valeur critique du calcul de flambement pour la barre comprimée dans l'axe fort, FcEx

Valeur critique de calcul du flambement pour la barre comprimée dans l'axe principal, FcEx

FcEx = FcE1 = 0.822 · Emin'le1d12FcEx = FcE1 = 0.822 · 510,000 psi36.0 in3.5 in2FcEx = FcE1 = 3,963 psi

FcEx Flambement critique de calcul pour la barre en compression dans l'axe fort, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510 000 psi
le1 Longueur efficace = 36.0 po = 91 cm
d1 Hauteur de barre = 3,5 pouces

Valeur critique de calcul du flambement pour la barre comprimée dans l'axe faible, FcEy

Valeur critique de calcul du flambement pour la barre comprimée dans l'axe mineur, FcEy

FcEy = FcE2 = 0.822 · Emin'le2d22FcEy = FcE2 = 0.822 · 510,000 psi36.0 in1.5 in2FcEy = FcE2 = 728 psi

FcEy Flambement critique de calcul pour la barre en compression dans l'axe faible, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510 000 psi
le2 Longueur efficace = 36.0 in = 91 cm
d2 Épaisseur de barre = 1,5 po

Valeur de calcul de compression ajustée parallèle au fil, Fc'

Valeur de calcul de compression ajustée parallèle au fil, Fc'

Fc' = Fcy' = Fc · CD · CM · Ct · CF · Ci · CPFc' = Fcy' = 1,450 psi · 1.6 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 0.29Fc' = Fcy' = 673 psi

fc' Valeur de calcul de la compression ajustée dans la direction du fil, psi
fc Valeurs de référence de la compression dans la direction du fil, psi
CD Facteur de durée de chargement
CM Facteur de service mouillé
Ct Facteur de température
CF Facteur de taille
Ci Facteur d'incision
CP Facteur de stabilité du poteau

Valeur critique de calcul de flambement pour la barre en flexion, FbE

Valeur critique de calcul de flambement pour la barre en flexion, FbE

FbE = 1.20 · Emin'RB2FbE = 1.20 · 510,000 psi9.652FbE = 6,577 psi

FbE Valeur critique de calcul du flambement pour la flexion de la barre, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510 000 psi

Valeur de calcul ajustée de la flexion de l'axe fort, Fbx'

Valeur de calcul ajustée de la flexion de l'axe principal, Fbx'

Fbx'= Fb1 = Fb · CD · CM · CL · Ct · CF · Ci · CrFbx'= Fb1 = 1,100 psi · 1.6 · 1.0 · 0.982 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.0Fbx'= Fb1 = 1,729 psi

Fbx' Valeur de calcul ajustée pour la flexion de l'axe fort, psi
Fb Valeur de référence de flexion, psi
CD Facteur de durée de chargement
CM Facteur de service mouillé
CL Facteur de stabilité de la poutre
Ct Facteur de température
CF Facteur de taille
Ci Facteur d'incision
Cr Facteur de barre répétitive

Valeur de calcul ajustée de la flexion de l'axe faible, Fby'

Valeur de calcul ajustée de la flexion de l'axe faible, Fby'

Fby' = Fb2 = Fb · CD · CM · CL · Ct · Cfu · CF · Ci · CrFby' = Fb2 = 1,100 psi · 1.6 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.1 · 1.0 · 1.0 · 1.0Fby' = Fb2 = 1,936 psi

Fby' Valeur de calcul ajustée pour la flexion de l'axe faible, psi
Fb Valeur de référence de flexion, psi
CD Facteur de durée de chargement
CM Facteur de service mouillé
CL Facteur de stabilité de la poutre
Ct Facteur de température
Cfu Facteur d'utilisation plane
CF Facteur de taille
Ci Facteur d'incision
Cr Facteur de barre répétitive

Ratio de vérification combiné en flexion biaxiale et en compression axiale

En insérant les contraintes réelles et les limites de calcul indiquées ci-dessus dans l'équation NDS 3.9-3 [1], le ratio de vérification final est affiché ci-dessous.

Ratio de vérification combiné en flexion biaxiale et en compression axiale

fcFc'2 + fbxFbx' · 1 - fcFcEx + fbyFby' · 1 - fcFcEy - fbxFbE2  1.01716732 + 3531,729 · 1 - 1713,965 + 1,0291,936 · 1 - 171728 - 3536,5772 = 0.98

fc Contrainte de compression due au poids propre et à la charge de neige
Fc' Valeur de calcul de compression ajustée dans la direction du fil
fbx Contrainte de flexion de l'axe fort due à la charge de vent
Fbx' Valeur de calcul ajustée pour la flexion de l'axe fort
FcEx Valeur critique de calcul du flambement pour la barre comprimée dans l'axe fort
fby Contrainte de flexion de l'axe faible due au poids propre et à la charge de neige
Fby' Valeur de calcul ajustée pour la flexion de l'axe faible
FcEy Valeur critique de calcul du flambement pour la barre comprimée dans l'axe faible
FbE Valeur critique de calcul du flambement pour la flexion

L'équation NDS 3.9-4 [1] :

Ratio de vérification combiné en flexion biaxiale et en compression axiale

fcFcEy + fbxFbE2  1.0171728 + 3536,5772 = 0.24

fc Contrainte de compression due au poids propre et à la charge de neige
FcEy Valeur critique de calcul du flambement pour la barre comprimée dans l'axe faible
fbx Contrainte de flexion de l'axe fort due à la charge de vent
FbE Valeur critique de calcul du flambement pour la flexion

Résultat dans RF-/TIMBER AWC

L'utilisateur peut comparer chaque facteur d'ajustement et chaque valeur de calcul ajustée de la méthode de calcul analytique manuelle au résumé des résultats dans RF-/TIMBER AWC. Comme indiqué, les résultats sont identiques. Le ratio de vérification final = 0,98 est basé sur la méthode de calcul par analyse géométriquement linéaire (1er degré). Veuillez noter que le paramètre par défaut de la combinaison de charges dans RFEM est défini à partir de l'analyse du second ordre. Cela engendre donc un ratio légèrement plus élevé = 1,03. L'utilisateur peut sélectionner la méthode de calcul la plus adaptée à la structure dans les « Paramètres de calcul ».

Auteur

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

Ingénieur - support technique

Cisca est responsable du support technique à la clientèle et du développement continu des programmes pour le marché nord-américain.

Mots-clés

Vérification Bois Poteau NDS AWC

Littérature

[1]   National Design Specification (NDS) for Wood Construction 2018 Edition
[2]   Structural Wood Design Examples

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  • Mis à jour 1 août 2023

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