Comparaison DSTV avec le module complémentaire Assemblages acier : assemblages poteau-poutre résistant au moment avec platines d’about

Introduction

Les solutions d’assemblages traditionnelles sont largement utilisées dans les structures en acier, la norme EN 1993-1-8 prescrivant la méthode des composants pour la vérification. Cette méthode peut être difficile, surtout pour les conceptions complexes, mais des ressources telles que « Assemblages standardisés dans les structures en acier selon DIN EN 1993-1-8 » fournissent des géométries d’assemblages prédéfinies avec des valeurs de résistance et de rigidité, simplifiant le processus.

Cet article compare les résultats des méthodes conventionnelles avec ceux selon l’approche CBFEM avancée dans le module complémentaire Assemblages acier pour RFEM 6, à l’aide de deux configurations d’assemblages représentatives, afin de mettre en évidence les différences.

L’assemblage analysé est une attache résistante aux moments pour des poutres à sections en I ou H et des platines d’about, assemblées avec des rangées verticales de boulons haute résistance pour une résistance fiable aux charges.

Les assemblages par platine d’about ont plusieurs variantes. Cet article couvre deux options : la platine d’about débordante, qui s'étend au-dessus de la poutre et est connectée au poteau, et la platine d’about non débordante, qui recouvre seulement l’aire de la section de la poutre et est connectée au poteau.
La géométrie de la platine d’about débordante, de type A, est issue des tableaux pour les assemblages résistants aux moments IH [1], tandis que la géométrie de la platine d’about non débordante, de type B, est dérivée des tableaux pour les assemblages résistants aux moments IM [3].

Les géométries d’assemblage sélectionnées sont présentées dans le tableau ci-dessous, avec leurs configurations.

Configuration géométrique pour assemblages de types A et B

¹ raid. - raidisseurs

Approche analytique

Les tableaux de résistance fournis dans « Assemblages standardisés dans les structures en acier selon DIN EN 1993-1-8 » [1] et « Structures en acier selon DIN EN 1993-1-8, Volume supplémentaire 2018 » [3] sont valables sous les conditions suivantes : les procédures de vérification sont élastique-élastique ou élastique-plastique ; charges essentiellement statiques ; poteau continu ; hauteurs et positions de poutre égales pour les configurations d’assemblage poutre-poteau bilatérale ; poteaux, poutres et platines d’about en S 235 ou S 355 selon DIN EN 1993,1-1 ; les sections de poutre et de poteau HEB, HEA, HEM, IPE sont des sections laminées selon DIN 1025, 2, 3, 4 et 5 et les Euro-normes précédentes EU 53-62 (série HE) et EU 19-57 (IPE).

Les modes de ruine et les composants primaires influençant le moment résistant et la rigidité considérés pour les assemblage de type A et de type B incluent (voir [2] 6.2.6.1 à 6.2.6.8) l’âme du poteau en cisaillement (CWS), l’âme du poteau en compression (CWC), la semelle et l’âme de la poutre en compression (BFC), l’âme du poteau en traction (CWT), la semelle du poteau en flexion (CFB), l’âme de la poutre en traction (BWT), la platine d’about en flexion (EPB), et les boulons en traction (BT).

Le moment résistant et la rigidité en rotation initiale des assemblages poutre-poteau avec des platines d’about débordante ou non-débordante sont issues des tableaux de résistance fournis dans [1] et [3].

Les configurations des assemblages sont présentées au début de cet article, tandis que les valeurs de moment résistant et de rigidité en rotation sont résumées dans le tableau comparatif ci-dessous.

Analyse par éléments finis basée sur les composants

La vérification de l’attache a été réalisée à l’aide du module complémentaire Assemblages acier pour RFEM 6.
Le module complémentaire Assemblages acier permet l’analyse des attache basée sur un modèle EF. L’entrée comme l’évaluation des résultats sont entièrement intégrées dans l’interface graphique de RFEM, ce qui rend le processus de vérification intuitif et efficace.

1. Assemblages résistants aux moments avec platines d’about débordantes

Entrée dans le module complémentaire Assemblages acier
Les configurations des assemblages sont présentées au début de cet article.

Résultats du module complémentaire Assemblages acier
Le module complémentaire Assemblages acier pour RFEM 6 améliore les capacités du logiciel en permettant aux ingénieurs d’analyser les assemblages acier avec la précision d’un modèle EF. Cet outil avancé facilite la visualisation détaillée de tous les résultats déterminants directement sur le modèle EF, offrant une vue claire et complète des performances de l’attache sous différentes charges et conditions. Par conséquent, RFEM permet une compréhension plus approfondie du comportement de l’assemblage et aide à optimiser leur sécurité et leur efficacité.

Une représentation détaillée des résultats est donnée pour le seul assemblage de type A.1.

Moment résistant
Le moment résistant pour l’assemblage de type A.1 est de 163,43 kNm.

Contraintes équivalentes
Les contraintes équivalentes décrivent la distribution globale des contraintes dans l’assemblage et aident à identifier les points de ruine potentiels causés par les concentrations de contraintes. Elles sont essentielles pour évaluer la capacité de charge de l’assemblage.

Type A.1 : Contraintes équivalentes affichées sur la géométrie de l’assemblage

La distribution des contraintes dans l’assemblage est influencée par les mécanismes de transfert de charge et la géométrie de l’assemblage. La configuration symétrique aide à distribuer les forces uniformément, bien que des concentrations localisées des contraintes se produisent. Les semelles des poutres et les platines d’about subissent les contraintes les plus élevées, particulièrement près de la platine d’about où elle est connectée aux semelles des poutres et boulonnée à la colonne. La zone en rouge foncé indique des contraintes à la limite d’élasticité de l’acier. Les faces du poteau adjacent à l’assemblage subissent également des contraintes significatives.

Déformation plastique
Les platines de l’assemblages ont fait l’objet d’un calcul plastique et impliquent la comparaison de la déformation plastique calculée avec une déformation plastique admissible. La déformation plastique limite est de 5 %, selon l’annexe C de la norme EN 1993-1-5. Cette valeur est adoptée par défaut dans le module complémentaire Assemblages acier.

Type A.1 : Déformation plastique représentée sur la géométrie de l’assemblage

Le schéma de déformation dans l’assemblage suit de près la distribution des contraintes. La platine d’about montre des schémas de déformation non uniformes en raison du transfert de charge excentré, avec des concentrations de déformation autour des trous de boulons où se produisent les contraintes maximales.
Dans l’ensemble, la distribution des déformations est non uniforme, avec des déformations plastiques plus importantes aux points de concentration des contraintes, atteignant jusqu'à 0,5 % aux emplacements critiques.

Ratios de vérification du module complémentaire Assemblages acier
Un résumé des ratios de vérification est présenté dans le tableau suivant.

Type A.1 : Ratios de vérification sur assemblages acier

Rigidité en rotation
Un résumé des valeurs de rigidité à la rotation est présenté dans le tableau suivant.

Type A.1 : Rigidité en rotation

L’assemblage présente deux valeurs pour la rigidité en rotation en raison de sa nature asymétrique. Les moments agissant dans les directions ascendante et descendante produisent des réponses de rigidité différentes. En conséquence, la rigidité en rotation varie selon la direction du moment appliqué, reflétant le comportement asymétrique de l’assemblage.

2. Assemblages résistants aux moments avec platines d’about non débordantes

Entrée dans le module complémentaire Assemblages acier
Les configurations des assemblages sont présentées au début de cet article.
La vérification de l’assemblage a été réalisée à l'aide du module complémentaire Assemblages acier pour RFEM 6.

Résultats du module complémentaire Assemblages acier
Une représentation détaillée des résultats est donnée pour le seul assemblage de type B.1.

Moment résistant
Le moment résistant pour l’assemblage de type B.1 est de 94,09 kNm.

Type B.1 : Contraintes équivalentes affichées sur la géométrie de l’assemblage

Type B.1 : Déformation plastique représentée sur la géométrie d’assemblage

Ratios de vérification et rigidité en rotation
Un résumé des ratios de vérification et de la rigidité à la rotation de l’assemblage est présenté dans les tableaux suivants.

Type B.1 : Ratios de vérification dans le module complémentaire Assemblages acier

Type B.1 : Rigidité en rotation

Discussion

Quelques calculs ont été effectués pour l’analyse : un pour l’assemblage avec poutre HEA et un avec poutre IPE. Ces géométries ont été modélisées à l’aide du module complémentaire Assemblages acier. Les résultats des calculs, à la fois analytiques et basés sur la méthode CBFEM, sont présentés ci-dessous.

La comparaison entre la méthode analytique et l’approche moderne du CBFEM révèle généralement une bonne concordance.
Pour les assemblages de type A, la différence de moment résistant varie de 5,96 % à 7,25 %, le module complémentaire Assemblages acier fournissant des valeurs légèrement plus élevées en raison d’une estimation plus détaillée du moment résistant de l’assemblage.
Pour les assemblage de type B, les différences de moment résistant sont plus faibles, allant de 0,53 % à 0,65 %, indiquant une excellente concordance entre les deux méthodes.

La rigidité en rotation montre une variation plus grande suivant les assemblages. Pour les assemblages de type A, la différence de rigidité varie de 3,96 % à 20,6 %. La plus grande différence suggère que l’approche CBFEM fournit une représentation plus raffinée et précise du comportement en rotation, capturant des interactions plus complexes au sein de l’assemblage.
Pour les assemblages de type B, les différences sont encore plus significatives, avec des variations de 22,34 % et 23,7 %. Celles-ci indiquent que le module complémentaire Assemblages acier prend en compte des aspects plus complexes du comportement des assemblages, comme la distribution de la charge et les déformations, que la méthode analytique simplifiée ne capture pas pleinement.

Lorsque le moment résistant est atteint dans les assemblages de type A, l’analyse EF montre que les platines d’about subissent des déformations plastiques tandis que les boulons atteignent leur résistance. Cela correspond aux modes de défaillance issus de la littérature de référence. Les soudures sont également à la limite de leur capacité.
En ce qui concerne les assemblages de Type B, le moment résistant atteint lors de l’analyse EF est régulièrement utilisé dans toutes les parties évaluées, c’est-à-dire les boulons, les platines d’about et les soudures. Cela signifie que l’assemblage est bien calculé. La forte déformation plastique dans les platines d’about est évidente.

En conclusion, le module complémentaire Assemblages acier permet une approche précise et détaillée, particulièrement pour les configurations d’assemblages complexes.

Références

[1] Assemblages standardisés dans les structures en acier selon DIN EN 1993-1-8, Édition complète 2013
[2] DIN EN 1993-1-8:2010-12 Eurocode 3: Conception des structures en acier Partie 1-8 : Vérification des assemblages. Version allemande EN 1993-1-8:2005 + AC:2009
[3] Assemblages standardisés dans les structures en acier selon DIN EN 1993-1-8, Volume supplémentaire 2018. Assemblages résistants aux moments IM