Calcul de poteaux en bois selon NDS 2018 avec le module RF-/TIMBER AWC

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

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Article technique

Dans cet article, la vérification d'un poteau bois 2x4 à la flexion biaxiale et à la compression axiale sont effectuées 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 2 x 4 nominal (1,5 inch x 3,5 inch) et de 3 pieds de long. Un appui latéral est uniquement défini aux extrémités de la barre. Elles sont considérées comme articulées. Les charges permanentes (dead load - DL), la neige (snow load - SL) et les charges de vent (wind load - WL) sont appliquées au niveau du nœud supérieur et au centre du poteau en bois, 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 (F b , 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 le calcul des contraintes selon l'ASD. Beaucoup de ces facteurs sont égal 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. Sa valeur 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 utilisée pour le calcul de CL est définie par l'utilisateur dans la section «Longueur efficace» de RF-/TIMBER AWC. L'option «Selon le tableau 3.3.3" qui doit être sélectionnée avec le cas de charge correspondant). La figure ci-dessous montre le cas de charge qui s'applique à ce modèle.

Cf ... Facteur de taille. Il dépend de la largeur et de la hauteur de la section de barre selon 4.3.6 [1]. Ce facteur est déterminé automatiquement dans RF-/TIMBER AWC.

Cfu ... Facteur de planéité. Il prend en compte la faible flexion axiale de la barre selon la Section 4.3.7 [1]. Ce facteur est calculé automatiquement dans RF-/TIMBER AWC.

CP ... Facteur de stabilité du poteau. Il dépend de la géométrie, des conditions aux extrémités et des appuis latéraux 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 tient compte des différentes durées de charge du cas de charge telles que le poids propre, la neige et le vent selon la Section 4.3.2 [1]. La sélection par défaut de «ASCE 7-16 NDS (bois)» dans RFEM active l'option Durée de charge dans la boîte de dialogue Cas de charge. Le paramètre par défaut de la classe d'action de charge (permanent, 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 la barre selon 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 prend en compte l'exposition à des températures s'échelonnant jusqu'à 100 degrés Fahrenheit, puis 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 une réduction de section causée par les petites entailles réalisées dans la barre pour les traitements de préservation afin d'éviter le pourrissement, 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 répetitif. Il est utilisé lorsque plusieurs barres agissent avec cohésion pour répartir correctement une charge comme décrit dans la Section 4.3.9 [1]. Ct = 1,15 pour les barres qui répondent aux critères de faible espacement et connectées par un panneau ou autre. 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 de base des facteurs définis par l'utilisateur peuvent être modifiées dans l'option «Normes».

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 valeurE min de la barre. CT peut être calculé manuellement à l'aide de l'équation 4.4-1 [1] ou être considérée de manière conservative égale à 1,0.

Cf ... Facteur de zone de portance. Il est utilisé afin d'augmenter les valeurs de calcul de compression (F cp ) pour les charges concentrées perpendiculaires à la direction du fil selon 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 le poteau

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

Contrainte de compression due au poids propre et à la charge de neige, fc = 171 psi

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

Contrainte de flexion selon l'axe faible due au poids propre et à la charge de neige, fby = fb2 = 1,029 psi

Détermination des valeurs de calcul ajustées selon NDS 2018, Tableau 4.3.1 Méthode ASD

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

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

FcEx Valeur critique de calcul du flambement pour la barre comprimée dans l'axe principal, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510000 psi
le1 Longueur efficace = 91 cm
d1 Hauteur de la barre = 3,5 pouces

Valeur critique du calcul de flambement pour la barre en compression selon l'axe faible, F cEy

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 de petit axe, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510000 psi
le2 Longueur efficace = 91 cm
d2 Épaisseur de barre = 1,5 po

Valeur de calcul ajustée de la compression 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

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 = 510000 psi
RB Élancement = 9,65 <50 (équation NDS 3.3-5)

Valeur de calcul ajustée de la flexion selon l'axe fort, 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 principal, 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 selon l'axe faible, Fautour de '

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 flèche de l'axe mineur, 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

Rapport de calcul de flexion biaxiale et compression axiale combinées

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

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

ainsi que l'équation NDS 3.9-4 [1].

fcFcEy + fbxFbE2  1.0171728 + 3536,5772 = 0.24

Résultat dans RF-/TIMBER AWC

L'utilisateur peut comparer chaque facteurs d'ajustement ainsi que les valeurs de calcul ajustées à partir de la méthode de calcul analytique manuelle avec le résumé des résultats dans RF-/TIMBER AWC. Comme indiqué, les résultats sont identiques. Le rapport de calcul final = 0,98 est basé sur la méthode de calcul par analyse géométriquement linéaire (1er ordre). 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 rapport 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

Service client et marketing

Cisca fournit une assistance technique et marketing aux clients de Dlubal Software en Amérique du Nord.

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 6 juillet 2021

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